A edição de genoma tornou os porcos imunes a uma epidemia mortal
Biotecnologia

A edição de genoma tornou os porcos imunes a uma epidemia mortal

Um grande projeto está em andamento para porcos à prova de doenças usando CRISPR para alterar seu DNA. Os humanos são os próximos?

DOENÇA DA ORELHA AZUL, INFLUENZA, GRIPE SUÍNA, PARVOVIROSE/SELMAN DESIGN

Quando a Covid-19 começou a se espalhar ao redor do mundo, os países fecharam negócios e disseram às pessoas para ficarem em casa.  Muitos pensaram que isso seria o suficiente para deter o coronavírus.  Se tivéssemos prestado mais atenção aos porcos, talvez as coisas pudessem ter sido diferentes.  Quando se trata de controlar vírus transportados pelo ar, diz Bill Christianson, “acho que nos enganamos sobre como podemos ser eficazes”. 

Christianson é um epidemiologista e veterinário que dirige a Pig Improvement Company, em Hendersonville, Tennessee.  A empresa vende suínos de elite para a indústria de suínos, que há 34 anos luta contra uma doença viral chamada síndrome respiratória e reprodutiva suína (sigla em inglês, PRRS). 

O patógeno causa uma doença conhecida como orelha azul, por um de seus sintomas mais visíveis;  quando surgiu pela primeira vez, na década de 1980, era simplesmente chamada de “doença misteriosa dos suínos”.  Uma vez infectada com PRRS (pronuncia-se “PURRS”), uma porca está sujeita a abortar ou dar à luz leitões atrofiados ou mortos.  

“E eu vou dizer sim, é pior para os porcos do que  a Covid  é para nós”, diz Christianson.  

Para impedir a PRRS, assim como outras doenças, os criadores de porcos empregam medidas familiares a qualquer um que esteja evitando a Covid-19.  Antes de entrar em um celeiro seguro de porcos, você mede sua temperatura, toma banho e troca de roupa.  Os currais são banhados em luz ultravioleta e os suprimentos são desinfetados. Depois, há o questionário sobre o seu “último contato com porco” viu algum suíno no seu dia de folga?  Esteve em uma feira de animais?  (Responder sim significa uma quarentena de duas semanas longe do trabalho.)  

Apesar das precauções, o vírus ainda pode se infiltrar. Uma vez lá dentro, ele se espalha rapidamente em ambientes fechados.  O rápido “despovoamento” isto é, o abate dos animais é a maneira mais eficaz de se livrar dele.  Em anos ruins, os criadores de porcos americanos perdem US $ 600 milhões para a PRRS.  

Agora, a empresa de Christianson, que é uma divisão da empresa britânica de genética animal Genus, está tentando algo diferente.  Em vez de tentar isolar os animais do meio ambiente, está mudando os próprios porcos.  Em uma instalação experimental no centro dos Estados Unidos (o local é mantido em segredo por razões de segurança), a empresa tem um centro de fertilização in vitro de suínos e um laboratório onde os óvulos de porco são geneticamente modificados usando CRISPR, a tesoura genética revolucionária.  

Durante um passeio virtual, uma operária carregou um smartphone pelo laboratório de edição até a área de gestação, onde as porcas passam nove meses até o nascimentoparir” é o termo que os agricultores usam.  Em seguida, ele abriu o caminho para uma sala de concreto onde leitões com edição genética grunhiram e olharam para a câmera.  De acordo com a empresa, esses porcos jovens são imunes contra a PRRS porque seus corpos não contêm mais o receptor molecular ao qual o vírus se ancora.  

Cada vírus  ataca as  células fundindo-se com elas e injetando sua carga genética . Com a Covid-19, o vírus se liga a um receptor chamado ACE-2, comum nas vias respiratórias e nas células pulmonares o motivo pelo qual a doença causa problemas respiratórios.  Com PRRS, é o CD163, um receptor de glóbulos brancos.  Esses porcos experimentais não têm um  gene  CD163  completo  porque parte dele foi cortado com a edição do gene.  Sem receptor, sem infecção.  

“Nunca pensei que seria como um interruptor de luz…, mas parece funcionar em todos os tipos de porcos e contra todas as cepas do vírus”. 

Bill Christianson 

De acordo com a pesquisa não publicada da empresa, as tentativas de infectar os porcos com edição genética de PRRS não tiveram sucesso. “Nunca pensei que seria como um interruptor de luz”, diz Christianson. “Mas parece funcionar em todos os tipos de porcos e contra todas as cepas do vírus”. 

Notoriamente, um método semelhante foi tentado em humanos.  Em um experimento desastrosamente imprudente em 2018, cientistas chineses editaram embriões humanos na esperança de conferir resistência ao HIV, a causa da AIDS.  Esses pesquisadores também sonhavam em deter uma doença removendo um receptor.  O problema era que a tecnologia não estava pronta para realizar um trabalho tão ambicioso com segurança.  Embora a ferramenta CRISPR seja imensamente versátil, ela carece de precisão, e a cirurgia de DNA criou algo semelhante a cicatrizes genéticas nos gêmeos nascidos do experimento.  

Em setembro, um grupo internacional de especialistas de alto nível disse que ninguém deveria tentar modificar bebês novamente “até que tenha sido claramente estabelecido que é possível fazer mudanças genômicas precisas de maneira eficiente e confiável sem mudanças indesejadas em embriões humanos”. 

Mas com os porcos, a era da modificação genética é agora, e seus benefícios podem ser visíveis em breve.  A Genus espera obter a aprovação para vender seus porcos nos Estados Unidos e na China já em 2025. Suas estações experimentais abrigam centenas de porcos com edição genética e milhares de seus descendentes provavelmente o maior número em qualquer lugar.  (Leia a barra lateral  sobre a aprovação regulamentar de animais para alimentos GM.)  

Para Raymond Rowland, um pesquisador da Universidade de Illinois que esteve envolvido na criação dos primeiros animais à prova de PRRS, a edição de genes é “em seu sentido mais amplo, uma maneira de criar uma vida mais perfeita” para porcos e seus tratadores. “O porco nunca pega o vírus.  Você não precisa de vacina;  você não precisa de um teste de diagnóstico.  Tudo isso é eliminado”, diz ele.  

Porcos de elite

O livro de Aldous Huxley, Admirável mundo novo,  começa com um passeio pelo “Centro de Incubação e Condicionamento de Londres Central”, onde crianças em uma sociedade futura estão sendo produzidas por meio de um processo de tubo de ensaio sob o lema que diz “COMUNIDADE, IDENTIDADE, ESTABILIDADE”.  A sinalização nas instalações da Genus é principalmente sobre verificação de temperatura e lavagem das mãos, mas o conceito não é tão diferente.  Cada porco é numerado, monitorado e testado por DNA quanto às suas qualidades genéticas.    

A empresa administra animais que identifica como os mais saudáveis, de crescimento mais rápido e com as maiores ninhadas.  Esses animais o que Genus chama de “germoplasma de elite” são então reproduzidos em “fazendas multiplicadoras” e comprados por produtores de Iowa a Pequim, que os procriam ainda mais.  

A empresa vem usando o sequenciamento de DNA há vários anos para identificar porcos com características preferenciais e para orientar seus programas de criação.  Em 2015, assinou uma licença exclusiva para edição genética de suínos e bovinos usando tecnologia da Caribou Biosciences, empresa fundada por Jennifer Doudna,  da Universidade da Califórnia, Berkeley, que em outubro passado dividiu o Prêmio Nobel pelo desenvolvimento do CRISPR.  

SELMAN DESIGN

Como a suinocultura não tinha experiência em engenharia genética, começou a contratar botânicos.  Um deles é a diretora científica, Elena Rice, uma geneticista nascida na Rússia que passou 18 anos na Monsanto, principalmente desenvolvendo plantas de milho geneticamente modificadas para crescerem e resistirem à seca.  “As plantas nunca foram emocionais para mim”, diz Rice.  “O porquinho ou a vaquinha me tocam muito.  Você quer abraçá-los;  você quer que eles sejam saudáveis . É como ter um filho.  Você não quer que eles fiquem doentes”. 

A estação de pesquisa Genus está preparada para realizar o processo de edição rapidamente, em muitos porcos.  As porcas são anestesiadas e então levadas para uma sala cirúrgica, onde os veterinários removem os óvulos de seus ovários.  Os óvulos são levados para o laboratório, onde são fertilizados e as moléculas CRISPR são introduzidas.  Dois dias após a edição, os embriões então com algumas células grandes são implantados em porcas substitutas.  

O CRISPR é conhecido por sua capacidade de cortar DNA em locais pré-determinados, mas, na prática, a tecnologia possui um elemento aleatório.  Mire-o em um ponto do genoma e você o mudará de uma das várias maneiras possíveis.  Mudanças não planejadas, ou “fora do alvo”, também podem aparecer em lugares distantes do genoma.  

Nas plantas, essa aleatoriedade não é um problema.  Uma mudança genética bem-sucedida em uma única semente (um “evento”, como os cientistas o chamam) pode ser multiplicada com bastante rapidez em um milhão de vezes mais.  Em porcos, é necessário criar edições idênticas em muitos animais para estabelecer uma população de porcos para reprodução.  

Em experimentos com células de porco, os pesquisadores da Genus tentaram muitas edições possíveis no  gene  CD163, procurando por aquelas que ocorrem de forma mais previsível.  Mesmo com esses esforços, os porcos que nascem têm a edição certa apenas cerca de 20 a 30% das vezes.  Os leitões cujos genomas apresentam erros acabam em uma pilha de compostagem.  “Quero dizer que esta tecnologia não é simples.  Você pode ser bom ou ruim nela”, diz Mark Cigan, biólogo molecular com uma função sênior no programa.  “Precisamos ser rigorosos, porque queremos uma mudança previsível em todos os porcos.  Tem que ser a mesma mudança todas as vezes”.   

Erradicando a gripe 

Embora a PRRS seja o grande problema nos Estados Unidos, a Genus e outras empresas acreditam que também podem tornar os porcos imunes a outros vírus.  Eles estão explorando se a edição de genes poderia criar porcos que não contraem a peste suína africana (PSA), uma doença que se espalha pela China e que desde 2018 causou a perda de metade dos porcos naquele país.  Pesquisadores como Rowland dizem que os porcos editados também podem ter o benefício indireto de reduzir a chance de que certos vírus se espalhem dos porcos para os humanos. 

As origens da Covid-19 ainda são indeterminadas, mas a teoria predominante é que a doença é zoonótica, o que significa que saltou dos animais para as pessoas.  Como os porcos não pegam o novo coronavírus, eles provavelmente não desempenharam nenhum papel no surgimento da Covid-19.  Mas as fazendas de suínos são notórias por iniciar pandemias de gripe.  Os porcos podem pegar gripe aviária e humana, além da gripe suína. Isso os torna um recipiente de mistura perigoso no qual os vírus da gripe podem trocar trechos de DNA entre si. 

Esse rearranjo de partes genéticas pode de repente produzir um novo vírus de gripe que se espalha entre as pessoas, que não terão imunidade.  A gripe suína H1N1 de 2009 carregava elementos virais de pássaros, porcos e humanos.  Nos Estados Unidos, houve cerca de 61 milhões de casos: quase 300.000 pessoas acabaram no hospital e cerca de 12.500 morreram.  A mortal pandemia de gripe de 1918 foi acompanhada nos Estados Unidos por uma “gripe suína”, embora a conexão entre elas permaneça não comprovada.  

Desde o ano passado, a Genus tem contratado um cientista da Kansas State University, Jürgen  Richt, para ajudar a criar suínos resistentes à gripe.  Richt  não tem certeza de que pode tornar os porcos totalmente imunes aos vírus da gripe, que evoluem rapidamente, mas tem esperança de poder desacelerar os patógenos, talvez até o suficiente para diminuir as chances de outra pandemia. “Se você tiver menos replicação, terá menos mutação, menos rearranjo”, diz ele. O resultado final é menos evolução do vírus. 

Como os receptores aos quais a influenza se liga são tão comuns no corpo, nenhum animal poderia sobreviver à sua remoção, diz  Richt.  Portanto, o projeto visa, em vez disso, remover outros genes, para proteínas chamadas proteases que a gripe e a Covid-19 requerem como moléculas auxiliares para se infiltrar efetivamente nas células.  Como existem muitos tipos de gripe, será necessário remover mais de uma protease, o que levanta a questão de saber se porcos com muitos genes deletados podem prosperar.  Se um porco é uma torre Jenga, quantos blocos podem ser removidos antes que o animal se desintegre? 

“Eu não sei o limite para tirar genes.  É por isso que fazemos tentativa e erro”, diz  Richt . “Mas o que queremos é torná-los resistentes a todas as gripes, de todas as variantes”. 

Ainda não está claro se os porcos resistentes a PRRS, com apenas um receptor removido, são saudáveis ​​e normais.  Cigan  diz que a empresa pensa que  sim;  os pesquisadores não conseguem ver outras diferenças em seus testes, que medem coisas como quanto os porcos comem e ganham peso.  Mas as mudanças não planejadas podem ser sutis.  

Richt  diz que há uma década ele estava envolvido na produção de gado resistente à doença da vaca louca.  Depois de remover um gene, ele percebeu que os animais estavam mudados. “A maneira como eles se levantaram foi curiosa foi difícil fazer com que se levantassem”, diz ele”. O cuidador me disse que eles são estúpidos, então talvez a inteligência tenha sido afetada” Com apenas uma dúzia de vacas, ele nunca teve certeza, mas suspeita que o gado perdeu uma função que não era vital para a sobrevivência, mas cuja remoção levou a uma degradação do sistema sensorial.  

Peste negra

Se a edição de genes for aperfeiçoada em porcos uma espécie anatomicamente tão semelhante aos humanos que os médicos esperam transplantar rins de porco para humanos algum dia quais serão as implicações para as pessoas?  O debate sobre a modificação genética humana muitas vezes foi reduzido a perguntar se seria moral mudar a cor dos olhos ou a inteligência de uma criança, por exemplo.  Mas o incubatório de porcos mostra que o CRISPR pode ser capaz de dar às pessoas “vacinas genéticas” contra as piores doenças infecciosas que elas possam encontrar.  

Os cientistas na China que editaram embriões humanos para resistir ao HIV estavam perseguindo esse tipo de desenvolvimento revolucionário.  E os problemas que eles enfrentaram eram semelhantes aos da Genus: eles não podiam controlar as edições exatas que faziam e não podiam ter certeza de que a interrupção de um gene (chamado CCR5) não teria consequências imprevistas.  Nesse experimento, porém, não houve uma segunda tentativa.  Além disso, muitos questionaram se a tentativa arriscada era clinicamente necessária, uma vez que os medicamentos podem manter o HIV sob controle por décadas.  

Se a edição de genes for aperfeiçoada em porcos — uma espécie anatomicamente tão semelhante aos humanos que os médicos esperam transplantar rins de porco para humanos algum dia — quais serão as implicações para as pessoas? 

Desde o fiasco chinês, as academias de ciências americanas e britânicas afirmam que a edição de genes, quando segura o suficiente para uso na reprodução humana, deve evitar o “aprimoramento” de qualquer tipo e, em vez disso, assumir objetivos mais específicos, como impedir que as pessoas transmitam doenças hereditárias, como a anemia falciformes, aos filhos.

Ainda outros acham que é importante dominar a tecnologia como uma possível proteção contra futuras pandemias.  Remover um receptor das próximas gerações de humanos pode ser um retrocesso da civilização se a sociedade for atingida por uma superdoença que não pode ser controlada por vacinas ou medicamentos e para a qual não desenvolvemos imunidade.  

“Nós, como espécie, precisamos manter a flexibilidade, em face de ameaças futuras, para assumir o controle de nossa própria hereditariedade”, disse George Daley, reitor da Harvard Medical School, em um discurso proferido em Hong Kong em 2018. Ele listou “resistência às pandemias globais” como uma razão para desenvolver técnicas para modificar os seres humanos. 

A Covid-19 mostra como um novo vírus pode surgir do nada e se espalhar globalmente.  A taxa geral de mortalidade de uma infecção com o novo coronavírus, talvez 0,5%, não ameaça a existência da humanidade.  Mas e se a próxima pandemia for mais parecida com a Peste Negra, que matou um terço ou mais da população da Europa na Idade Média?  É uma possibilidade remota, como a queda de um asteroide.  Mas ser capaz de gerar humanos para resistir a germes específicos pode ser uma tecnologia de bolso que vale a pena ter.  

Pelo que sabem sobre os animais, os cientistas da Genus acham que editar humanos é futurístico, mas não impossível.  Vinte anos atrás, Rice teria dito que era pura ficção. “Mas agora podemos realmente fazer isso com os animais”, diz ela. “Nós  temos  as  ferramentas.” 

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