Jennifer Doudna, uma das inventoras da revolucionária ferramenta de edição genética CRISPR, afirma que essa tecnologia ajudará o mundo a enfrentar os riscos crescentes das mudanças climáticas, possibilitando a criação de plantas e animais mais bem adaptados a condições de calor intenso, seca acentuada, alta umidade ou instabilidade climática.
“O potencial é enorme,” diz Doudna, que dividiu o Prêmio Nobel de Química de 2020 por seu papel na descoberta. “Está acontecendo agora uma revolução com o CRISPR.”
No mês passado, o Innovation Genomics Institute (IGI), fundado por Doudna, sediou a Climate & Agriculture Summit na Universidade da Califórnia, em Berkeley. No evento, os palestrantes destacaram o papel da edição genética na mitigação dos perigos crescentes das mudanças climáticas. Doudna concedeu uma breve entrevista à MIT Technology Review durante o evento, que foi fechado ao público.
Ela e seus coautores publicaram seu artigo histórico sobre a técnica na revista Science há 12 anos, demonstrando que um sistema imunológico bacteriano poderia ser programado para localizar e remover seções específicas do DNA. Recentemente, os primeiros pacientes começaram a receber o tratamento médico aprovado com essa “tesoura genômica” — uma terapia gênica para anemia falciforme. Além disso, uma lista crescente de alimentos criados com CRISPR está chegando gradualmente às prateleiras dos supermercados.
Muitas outras plantas e animais editados com CRISPR estão a caminho, e alguns foram alterados para promover características que os ajudem a sobreviver em condições impulsionadas pelas mudanças climáticas, começando a cumprir uma promessa de longa data da engenharia genética. Isso inclui a criação de duas linhagens de gado pela empresa Acceligen, de Minnesota, que foram editadas para ter pelagem mais curta, ideal para climas mais quentes. Em 2022, a Administração de Alimentos e Medicamentos dos EUA (FDA) determinou que carne e outros produtos derivados desses animais “apresentam baixo risco para as pessoas, os animais, o abastecimento de alimentos e o meio ambiente” e podem ser comercializados para consumidores americanos.
Outras empresas estão utilizando o CRISPR para desenvolver milho com caules mais curtos e resistentes, reduzindo a perda de plantações durante tempestades mais intensas; novas culturas de cobertura que podem ajudar a sequestrar mais dióxido de carbono e produzir biocombustíveis; e animais que poderiam resistir a doenças zoonóticas que as mudanças climáticas podem estar ajudando a espalhar, incluindo a gripe aviária.
O IGI, por sua vez, está trabalhando no desenvolvimento de arroz que resista a condições mais secas, bem como de culturas que possam absorver e armazenar mais dióxido de carbono, o principal gás de efeito estufa que impulsiona as mudanças climáticas.
Técnicas mais antigas de modificação genética, que envolvem a transferência de genes de um organismo para outro, já geraram grandes inovações agrícolas, incluindo culturas resistentes a herbicidas e milho, batata e soja com proteção aprimorada contra pragas. O uso dessas ferramentas para alterar culturas provocou temores de que os chamados “Frankenfoods” agravassem alergias e causassem doenças em humanos, embora essas preocupações de saúde tenham sido amplamente exageradas.
A grande expectativa é que a capacidade do CRISPR de remover partes específicas do DNA dentro dos genomas existentes de plantas e animais torne mais rápido e fácil criar culturas e rebanhos resilientes ao clima, evitando muitas das limitações das técnicas anteriores de criação e edição genética. Outra promessa é que os produtos resultantes possam ser mais atraentes para o público, já que frequentemente não conterão DNA de outros organismos — e não serão rotulados como bioengenharia. (Vale ressaltar que o CRISPR também pode ser usado para criar plantas e animais transgênicos.)
“É muito animador ver esses produtos surgindo, porque eles têm impactos reais e extremamente importantes, especialmente à medida que lidamos com o clima em mudança e com a expansão da população,” diz Doudna, professora de bioquímica da Universidade da Califórnia, em Berkeley.
No entanto, ainda existem obstáculos consideráveis para o desenvolvimento e comercialização de novas culturas e animais transformadores, bem como limites sobre até que ponto a ferramenta poderá realmente ajudar agricultores e comunidades em regiões que se tornem excessivamente quentes, secas ou úmidas nas próximas décadas.
Os próximos alimentos CRISPRed
Nos últimos anos, o Departamento de Agricultura dos EUA (USDA) flexibilizou suas regras de governança e rotulagem de alimentos geneticamente modificados, abrindo caminho para muitas alterações feitas com CRISPR.
O departamento ainda supervisiona e exige divulgações para plantas e animais transgênicos. Mas determinou que não regulará alimentos quando ferramentas de edição genética, como o CRISPR, forem usadas para fazer “uma única modificação que poderia ter sido obtida por meio de melhoramento convencional” realizado por um período mais longo.
“Estamos apenas fornecendo uma característica que poderia ter ocorrido naturalmente,” diz Doudna sobre a distinção regulatória. “É que aceleramos esse processo com o CRISPR.”
O USDA confirmou a empresas ou grupos de pesquisa que várias dezenas de culturas desenvolvidas com CRISPR estariam isentas de regulamentação, segundo uma análise de documentos públicos feita pela MIT Technology Review.
Nesse contexto, o uso do CRISPR e de tecnologias semelhantes será crucial para alimentar uma população global em crescimento sem expandir dramaticamente o uso de terras, fertilizantes e outros recursos dedicados à agricultura, afirma Chavonda Jacobs-Young, chefe de ciência do USDA. Jacobs-Young participou da conferência na UC Berkeley e também conversou com a MIT Technology Review.
“Precisamos de ferramentas de alta tecnologia,” afirma ela. “Essas ferramentas serão fundamentais para garantir um abastecimento de alimentos seguro, abundante, saboroso… e acessível.”
Métodos de melhoramento convencionais — que incluem o cruzamento de variedades de plantas e animais ou o uso de radiação ou produtos químicos para criar mutações — são processos imprecisos. Eles podem gerar diversas mudanças ao longo do genoma que nem sempre são benéficas, exigindo muito teste e erro para identificar melhorias.
“O aspecto empolgante do CRISPR para a edição genética é que você pode fazer mudanças exatamente onde quer,” diz Emma Kovak, analista sênior de alimentos e agricultura do Breakthrough Institute. “Isso economiza muito tempo e dinheiro.”
Apesar do poder e da precisão do CRISPR, ainda é necessário um trabalho considerável para identificar a parte correta do genoma, avaliar se as alterações trazem os benefícios desejados e, crucialmente, garantir que as edições não comprometam a saúde geral da planta ou a segurança alimentar.
Ferramentas de edição genética aprimoradas também ajudaram a reviver e acelerar pesquisas para entender melhor os genomas complexos das plantas, que muitas vezes são várias vezes mais longos que o genoma humano. Esse trabalho está ajudando cientistas a identificar os genes responsáveis por características relevantes e as mudanças que poderiam proporcionar melhorias.
Conforme a pesquisa nessa área progride, Doudna afirma que veremos cada vez mais culturas alteradas para aumentar a resiliência às mudanças climáticas. “No futuro, à medida que descobrirmos mais sobre a genética fundamental das características, o CRISPR poderá ser uma aplicação muito prática para criar o tipo de planta que enfrentará esses desafios iminentes,” afirma ela.
Plantas práticas e vacas sustentáveis
Os esforços do IGI para desenvolver um tipo de arroz mais tolerante à seca ilustram tanto o potencial quanto os desafios futuros.
Diversos grupos de pesquisa usaram o CRISPR para desativar um gene que influencia a quantidade de pequenos poros nas folhas das plantas. Esses poros, conhecidos como estômatos, permitem que o arroz absorva dióxido de carbono, libere oxigênio e elimine água para regular sua temperatura. A expectativa é que, com menos estômatos, as plantas possam reter mais água para sobreviver e crescer em condições mais secas.
Mas esse equilíbrio tem se mostrado complicado. Em pesquisas anteriores, o gene chamado STOMAGEN foi desativado, eliminando cerca de 80% dos poros, o que de fato reduziu a perda de água. Porém, isso também prejudicou a capacidade das plantas de absorver dióxido de carbono e liberar oxigênio, ambos essenciais para a fotossíntese.
Os pesquisadores do IGI focaram em um gene diferente, o EPFL10, que teve um efeito menos radical, reduzindo o número de poros em cerca de 20%. Segundo estudos publicados pelo grupo, essa modificação ajudou as plantas a preservar água sem afetar sua capacidade de regular a temperatura ou realizar trocas gasosas.
“É um avanço no melhoramento genético,” pontua Doudna sobre o CRISPR. “Podemos ajustar a quantidade desses poros, aumentando ou diminuindo certos genes… para níveis que realmente sustentem o crescimento da planta e permitam que os agricultores produzam arroz com a qualidade e o rendimento que precisam, mas sem a perda de água.”
A organização também explora formas de o CRISPR atuar de maneira mais direta nas mudanças climáticas, incluindo um programa de pesquisa voltado para reduzir o metano expelido pelo gado, principal fonte de emissões de gases de efeito estufa relacionadas à pecuária.
O IGI está colaborando com pesquisadores da Universidade da Califórnia, Davis, e outras instituições para investigar se o CRISPR e outras ferramentas emergentes poderiam ser usadas para modificar microrganismos no estômago do gado, de modo a reduzir a produção desse potente gás de efeito estufa.
Diversos grupos de pesquisa e startups trabalham na redução dessas emissões por meio de aditivos alimentares, geralmente derivados de algas. No entanto, a expectativa é que as mudanças no microbioma dos bovinos sejam permanentes e hereditárias, afirma Brad Ringeisen, diretor-executivo do IGI.
“Se tivermos sucesso, isso poderia ser aplicado potencialmente a quase todas as vacas do mundo,” diz ele.
Rotulagem e segurança
Kovak afirma que ainda existem muitos desafios que podem atrasar o desenvolvimento de animais e plantas editados com CRISPR, incluindo os obstáculos regulatórios para produtos que introduzem DNA estrangeiro ou modificações mais complexas. As disputas contínuas sobre os direitos de propriedade intelectual da ferramenta e de suas variantes emergentes, além dos custos e requisitos que as empresas precisam arcar para utilizar a tecnologia, também dificultam o progresso.
A própria Doudna está no centro de uma disputa complexa e amarga com o Broad Institute sobre a titularidade das principais patentes do CRISPR. (O Broad é afiliado ao MIT, que é proprietário da MIT Technology Review.) Cada grupo assegurou diversas patentes em vários países para certos aspectos e variedades da ferramenta.
Essas disputas legais em andamento criaram uma complexidade e incerteza para empresas que desejam utilizar o CRISPR para desenvolver produtos comerciais.
Doudna fundou ou cofundou várias startups, incluindo a Caribou Biosciences, que sublicenciou o uso de certas patentes do CRISPR para aplicações agrícolas. Ela não respondeu a uma pergunta de acompanhamento sobre essa questão antes do fechamento da matéria.
“Embora tenhamos visto muito progresso em um tempo relativamente curto, o controle das diversas patentes do CRISPR por poucas entidades às vezes desacelerou ou impediu que alguns produtos agrícolas chegassem ao mercado,” afirmou Ringeisen, do IGI, em uma resposta por e-mail.
No entanto, ele acrescenta que há progresso contínuo na descoberta e uso de ferramentas de edição genética relacionadas que não estão presas a patentes.
Enquanto isso, varejistas de alimentos naturais, críticos de organismos geneticamente modificados e outros têm criticado duramente a posição do USDA sobre a governança e rotulagem de alimentos geneticamente alterados. Eles afirmam que as culturas alteradas causaram consequências ambientais prejudiciais e que as regras não fornecem transparência suficiente para que os consumidores tomem decisões informadas sobre os alimentos que compram e consomem.
Doudna enfatiza a importância do uso cauteloso do CRISPR e ferramentas semelhantes, mas acredita que os EUA encontraram o equilíbrio certo em sua abordagem regulatória e de rotulagem.
“A regulamentação realmente é fundamentada na ciência,” diz ela. “Em vez de focar em como essa planta ou cultura foi criada, a pergunta é: Qual é o produto final?”
Ela afirma que o IGI tem se esforçado para atuar como uma “voz da razão” nessas questões, ajudando a conter medos e mal-entendidos ao fornecer informações científicas sobre como o CRISPR pode ser usado para tratar doenças humanas, ajudar agricultores a se adaptarem às mudanças climáticas ou enfrentar outras ameaças à vida das pessoas.
“Desde o início, ficou claro que essa seria uma ferramenta poderosa que poderia ser mal compreendida e mal utilizada,” diz ela. “Mas também tem um potencial tremendo para nos ajudar a enfrentar muitos desses desafios.”
James Temple
