Técnica de edição genética -CRISPR-Cas9

Biologia e Geologia 11ºano Escola José Saramago

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Joana Rodrigues nº12Joana Oliveira nº13Rafael Nnes nº27 Turma 11ºCT6

Técnica de edição genética (CRISPR-Cas9)

Índice

1. Edição Genética

4. A descoberta da CRISPR-cas9

2. História da Edição Genética

3. Aplicações na ciência moderna

6. Aplicações na ciência moderna

3. Definição de CRISPR-Cas9

5. Como funciona o CRISPR-Cas9

8. A Edição Genética é moralmente correta ?

9. Será a técnica mais eficaz

4. Definição de CRISPR-Cas9

7. Vantagens e Desvantagens da sua utilização

Edição Genética

• Técnica biotecnológica que permite modificar o DNA de um organismo.
• Adiciona-se, remove-se ou substitui-se sequências específicas de nucleotidos dos genes do DNA.

• Objetivo: alteração de determinadas características de um organismo (o seu fenótipo).

Edição Genética

• A história desde a descoberta da estrutura do DNA (1953) Watson e Crick, até à descoberta de técnicas avançadas tais como a CRISPR
• Década de 70, desenvolvimento das enzimas de restrição, permitem remoção e a inserção de segmentos de DNA
• Nascimento da engenharia genética.

História da Edição Genética

Projeto Genoma Humano

• 1990, Projeto Genoma Humano
• Objetivo: mapear/identificar todo o material genético humano e todos os seus genes ( entre 20.000 e 25.000)
• O projeto foi concluido em 2003.

• 1973 Herbert Boyer e Stanley Cohen primeira utilização de enzimas de restrição
• Criação do primeiro organismo geneticamente modificado ( uma bactéria)
• Acontecimento impulsionador na produção de medicamentos ( ex: insulina sintética )

Experiência de Herbert Boyer e Stanley Cohen

Definição de CRISPR-Cas9

• Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats

• Cas9: uma enzima (nuclease) que atua como um par de “tesouras” que pode cortar as duas fitas do DNA em um local específico no genoma.

Definição de CRISPR-Cas9

A descoberta da CRISPR-cas9

Prémio nobel da químicaCRISPR-Cas9

2020

R. BarrangouCas9

2009

F. MojicaTeoria imunidade adquirida

Y. Ishino E. coliCrispr

2005

1987

Descoberta

Como funciona o CRISPR-Cas9 e qual o seu mecanismo de atuação?

+ Info

• Guia de RNA (gRNA) complementar ao DNA a editar, direciona a enzima Cas9 ao sequência-alvo do genoma.
• Enzima Cas9, guiada pelo gRNA, liga-se à sequência certa e promove a clivagem do DNA.
• Reparo do DNA, o organismo procura reparar o DNA fragmentado, existindo 2 formas de o fazer.

As 3 componentes do CRISPR-Cas9

1. Introdução do gRNA no gene a editar
2. Inserção da Cas9 na célula usando vetores virais
3. Após o corte da sequência-alvo, o gene pode ser inativo ou inserida uma nova sequência

Procedimento de Edição utilizando o CRISPR-Cas9:

Aplicações da CRISPR-Cas9 na ciência moderna

Potencial para biotecnologia

Terapia Genética

Exploração Espacial

Pesquisa Biomédica

Agricultura

+1m

Aplicações da CRISPR-Cas9

Vantagens e Desvantagens da utilização do CRISPR-Cas9

Utilização do CRISPR-Cas9

Desvantagens

• Existem riscos tais como “cortes” indesejados
• Questões éticas sobre as células germinativas, diretamente associadas a gerações futuras.

• Técnica de edição precisa e relativamente simples
• Supera técnicas de edição anteriores, é mais rápido, barato e eficiente
• Alterar locais do DNA de qualquer célula de qualquer organismo

VS

Vantagens

A Edição Genética é moralmente correta?

+ Info

REPRODUÇÃO

• Edição genética somática e edição genética germinativa

• Gerações futuras não conserntirão;

• Levanta problemas financeiros e até problemas sociais;

• off-targets passaram para gerações futuras(tumores, cancro etc)

• 2018- Hi Jiankui e a sua equipa ediatram genes de embriões para serem mais resistentes a HIV

Por um lado NÃO

+ Info

Terapia Genética

• A sua investigação pode trazer inúmeros benefícios em várias áreas;

• Pode melhorar a qualidade de vida de inúmeras pessoas;

• Pode resolver problemas mundias;

• Pode melhorar e desenvolver certas características de todos os seres vivos

• Existem organizações que regulam e monitorizam as experiências relacionadas com edição genética- ISAAA (International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications)

Por um lado SIM

Existem outras técnicas?Qual será a mais eficaz?

VS

• Enzima FOKI

• Efetores ativadores de transcrição: Domínios TAL; reconhecem 1 par de bases
• Reparo de DNA

• Enzima FOKI: precisa dimerizar se (2 FOK1)
• Dedos de zinco: reconhecem 3/4 pares de bases
• Reparo do DNA

ZFNs e TALENs

ZFN TALEN CRISPR-Cas9

Começar

estiveste mesmo a prestar atenção!!?

terapias pscicológicas

precisão e exatidão

Biotecnica e Exploração Espacial

A CRISPR-Cas9 pode ser aplicada em que opção?

pergunta 01 de 04

próxima pergunta

pergunta 01 de 04

correto!

Qual destes procedimentos vem primeiro no processo de edição utilizando o CRISPR-Cas9?

Introdução do RNA no gene

Inserção da Cas9

reparo do gene editado

pergunta 02 de 04

próxima pergunta

pergunta 02 de 04

correto!

Qual o reino do ser vivo cujo CRISPR-Cas9 se baseia?

reino protista

reinofungi

reino monera

pergunta 03 de 04

próxima pergunta

pergunta 03 de 04

correto!

qual é o tipo de edição genetica onde ocorre mais off-targets?

CRISpr-cas9

zfns

tallens

pergunta 04 de 04

ver resultados

pergunta 04 de 04

correto!

parabéns!

RESULTS

• Iberdrola. MODIFICAÇÃO GENÉTICA - CRISPR: a grande revolução genética. Acedido a 09/11/2024 em: https://www.iberdrola.com/inovacao/modificacao-genetica-crispr
• Escrito a 30 de agosto de 2023, por Nathália Taniguti, Mendelics. CRISPR/Cas9: edição do DNA e o tratamento de doenças. Acedido a 09/11/2024 em: https://blog.mendelics.com.br/crispr-cas9-edicao-do-dna-e-o-tratamento-de-doencas/
• Escrito a 20 de abril de 2022, 16:21, por Anna Drangowska-Way, Caitlin M. A. Simopoulos, Carla Bautista, Elisabeth Marnik, Thomas J. S. Merritt. CRISPR: Uma nova maneira para editar o DNA. Unesp para jovens. Acedido a 09/11/2024 em: https://parajovens.unesp.br/crispr-uma-nova-maneira-para-editar-o-dna/
• Escrito a 5 de julho 2016, por António David Rufino Ramos da Faculdade de Farmácia da Universidade de Coimbra. CRISPR/Cas9: uma ferramenta de edição genética para investigação e novas terapias. Acedido a 09/11/2024 em: https://estudogeral.uc.pt/bitstream/10316/42065/1/MONO-DAVID.pdf
• Vídeo publicado a 31/10/2017, por Natural Methods. CRISPR: Gene editing and beyond. Acedido a 09/11/2024 em: https://www.youtube.com/watch?v=4YKFw2KZA5o
• Escrito a 2 de agisto de 2017, por Hong Ma, Nuria Marti-Gutierrez, Sang-Wook Park, Jun Wu, Yeonmi Lee, Keiichiro Suzuki, Amy Koski, Dongmei Ji, Tomonari Hayama, Riffat Ahmed, Hayley Darby, Crystal Van Dyken, Ying Li, Eunju Kang, A-Reum Park, Daesik Kim, Sang-Tae Kim, Jianhui Gong, Ying Gu, Xun Xu, David Battaglia, Sacha A. Krieg, David M. Lee, Diana H. Wu, Don P. Wolf, Stephen B. Heitner, Juan Carlos Izpisua Belmonte, Paula Amato, Jin-Soo Kim, Sanjiv Kaul e Shoukhrat Mitalipov: O sucesso precoce da edição de genes é uma promessa para a prevenção de doenças hereditárias. Cientistas alcançam primeiro reparo seguro de mutação de gene único em embriões humanos. Acedido a 19/11/2024 em:https://www.salk.edu/pt/comunicado-de-imprensa/O-sucesso-inicial-da-edi%C3%A7%C3%A3o-de-genes-promete-prevenir-doen%C3%A7as-heredit%C3%A1rias/

• Escrito em 2020 por Claes Gustafsson, Gunnar von Heijne, Pernilla Wittung Stafshede, the Nobel Committee for Chemisty, THE NOBEL PRIZE IN CHEMISTRY 2020  THE ROYAL SWEDISH ACADEMY OF SCIENCES. Acedido em 19/11/2024 em https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/popular-chemistryprize2020.pdf
• Escrito a 09-10-2020 por Lúcia Santos, Madalena Pinto e Federico Herrera, Departamento de Química e Bioquímica Ciências ULisboa, Prémio Nobel da Química 2020. Acedido em 19/11/2024 em https://ciencias.ulisboa.pt/en/node/12758
• Escrito a 9 de outubro de 2015 por Ana Teresa Gaspar Nabais, TÉCNICAS DE EDIÇÃO DE GENOMA COMO ABORDAGEM
• PROMISSORA NA TERAPIA GÉNICA . Acedido a 19/11/2024 em https://comum.rcaap.pt/bitstream/10400.26/10973/1/Nabais,%20Ana%20Teresa%20Gaspar.pdf
• Vídeo publicado a 18/02/2020 por Genomics Guro, ZINC FINGER NUCLEASES - GENE EDITING EXPLAINED! em https://www.youtube.com/watch?v=JArLDYv0Qw4&t=289s
• Vídeo publicado a 18/02/2020 por Genomics Guro, TALENs - TALE NUCLEASES - GENE EDITING EXPLAINED! em https://www.youtube.com/watch?v=YkVVkzA7QpA&t=68s
• Vídeo publicado a 19/02/2021 por ciência todo o dia, Como o CRISPR Funciona? (Edição Genética Explicada) em https://www.youtube.com/watch?v=EGgOpyKm6oQ

Webgrafia

• Taniguti Nathália. (2023, 23 de agosto) CRISPR/Cas9: edição do DNA e o tratamento de doenças. Blog Mendelics. Acedido em: 05 de novembro de 2024, em: https://blog.mendelics.com.br/crispr-cas9-edicao-do-dna-e-o-tratamento-de-doencas/.

• (2024, 23 de janeiro). Edição genética - O que é e para o que ela serve?. AbcMed. Acedido em: 4 de novembro de 2024, em: https://www.abc.med.br/p/exames-e-procedimentos/1464177/edicao-genetica-o-que-e-e-para-o-que-ela-serve.htm.

• MODIFICAÇÃO GENÉTICA CRISPR: a grande revolução genética. Iberdrola. Acedido em: 06 de novembro de 2024, em: https://www.iberdrola.com/inovacao/modificacao-genetica-crispr.

• National Library of medicine. (2022, 22 de março). What are genome editing and CRISPR-Cas9?. MedlinePlus. Acedido em: 05 de novembro de 2024: https://medlineplus.gov/genetics/understanding/genomicresearch/genomeediting/.

• Broad Institute, C.C. (2022). Questions and Answers about CRISPR. Broad Institute. Acedido em: 4 de novembro de 2024, em: https://www.broadinstitute.org/what-broad/areas-focus/project-spotlight/questions-and-answers-about-crispr.

• Priberam. Acedido em: 05 de novembro de 2024. https://dicionario.priberam.org/.

• Drangowska-Way Anna, Simopoulos Caitlin M. A., Bautista Carla, Marnik Elisabeth, Merritt Thomas J. S.. (2022, 20 de abril). CRISPR: Uma nova maneira para editar o DNA. Unesp Para Jovens. Acedido em: 4 de novembro de 2024, em: https://parajovens.unesp.br/crispr-uma-nova-maneira-para-editar-o-dna/.

• Furtado Rafael. (2019). Edição genética: riscos e benefícios da modificação do DNA humano. Revista Bioética. Acedido em: 05 de novembro de 2024, em: https://www.scielo.br/j/bioet/a/jFptVvKR7RJHWXwmsKpZFrh/.
• Hsu Patrick D., Lander Eric S., Zhang Feng. (2014, 5 de junho). Development and Applications of CRISPR-Cas9 for Genome Engineering. Cell. Volume 157, Issue 6. Acedido em: 5 de novembro de 2024, em: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(14)00604-7 featurecode=newtitle%25E9%25A9%25AC%25E5%25A4%25A9&luicode=10000011&lfid=1076033218865071&u=http://www.cell.com%2Fcell%2Fabstract%2FS0092-8674%2814%2900604-7.
• Asmamaw M , Zawdie B . (2021, 21 de agosto). Mechanism and Applications of CRISPR/Cas-9-Mediated Genome Editing. Dovepress. Volume 2021:15 Pages 353— -361. Acedido em: 06 de novembro de 2024, em: https://www.dovepress.com/mechanism-and-applications-of-crisprcas-9-mediated-genome-editing-peer-reviewed-fulltext-article-BTT.
• Agrawal Anannya. (2024, 8 de julho). Gene Editing Among the Stars: The Opportunities and Risks of CRISPR in Space Exploration. Mars on Earth Project (MoEP). Acedido em: 03 de novembro de 2024, em: https://marsonearthproject.org/risk-of-crispr-in-space-exploration/.

Webgrafia

Links das imagens:

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Webgrafia

OH Não!

tenta novamente

OH Não!

tenta novamente

Objetivos: 1º: Diminuir os efeitos negativos de longas viagens espacias; 2º: permitir a proliferação de certas plantas a ambientes extraterrestres

Objetivo: estudar os genes de forma bastante detalhada e específica

Objetivo: curar a maioria das doenças genéticas conhecidas, como anemia falciforme, β-talassemia, fibrose cística e distrofia muscular.

• A imunidade adquirida (adaptativa ou específica) não se encontra presente desde o nascimento. É adquirida. O processo de aprendizagem começa quando o sistema imunológico de uma pessoa encontra invasores estranhos e reconhece substâncias não próprias (antígenos). Suas características são as capacidades de aprender, adaptar e lembrar.
• o Prémio Nobel da Química foi atribuído a Emmanuelle Charpentier e a Jennifer Doudna pelo "desenvolvimento de um método de edição do genoma", denominado CRISPR/Cas9. Em menos de uma década, o sistema CRISPR/Cas9 revolucionou o mundo científico, tecnológico e industrial de um modo sem precedentes desde a origem da engenharia genética.

Objetivo: restaurar o abastecimento de alimentos, ajudar as plantas a sobreviver em condições hostis e melhorar a saúde geral das plantas

Técnica biotecnológica que permite modificar o DNA de um organismo, adicionando, removendo ou substituindo sequências específicas de nucleotidos dos genes do DNA. Os cientistas comparam a edição genética com o recurso de busca e substituição, usado no Word para corrigir erros ortográficos. A diferença é que, ao invés de corrigir palavras, a edição genética torna possível a reescrita do nosso DNA. Através da edição genética os investigadores podem desativar determinados genes, corrigir mutações perigosas ou até alterar a atividade de alguns genes em plantas, animais e seres humanos. O objectivo da edição genética é a alteração de determinadas características de um organismo (o seu fenótipo).

6» PESQUISA BIOMÉDICA: 2 formas: • Pode criar modelos de doenças genéticas • Permite desactivar ou modificar genes específicos de modo a estudarem o efeito da ausência ou alteração do gene em determinado organismo Objetivo: estudar os genes de forma bastante detalhada e específica 2» EXPLORAÇÃO ESPACIAL Microgravidade: Ausência quase completa de gravidade  O CRISPR pode ajudar o corpo humano a adaptar-se à microgravidade prevenindo a atrofia muscular e a perda mineral óssea Como:CRISPR pode combater esses efeitos, auxiliando a manutenção muscular, preservação a densidade óssea e fortalecendo o sistema imunológico

Em termos de plantações, o CRISPR pode auxilia-las fornecendo resistência a fatores ambientais problemáticos, como a baixa gravidade, a disponibilidade limitada de água e a radiação elevada Como: regulando a produção de enzimas aquapurinas, aumentando a produção de proteínas reparadoras de DNA e alterando os genes da planta de modo a crescer devidamente com diferente gravidade Objetivos: 1º: Diminuir os efeitos negativos de longas viagens espacias; 2º: permitir a proliferação de certas plantas a ambientes extraterrestres

Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats Cas9: uma enzima (nuclease) Clustered( refere-se ao facto das sequências de DNA em causa estarem organizadas em “grupos” (genes) de DNA no genoma) Regularly Interspaced (indica que estes grupos de DNA estão separados por intervalos de tamanhos semelhantes) Short Palindromic Repeats (estas sequências são curtas e palindrómicas, ou seja, pode ser lida da direita para a esquerda e da esquerda para a direita)

1» AGRICULTURA: modificar geneticamente alimentos para melhorar seu valor nutricional, aumentar sua vida útil, torná-los tolerantes à seca e aumentar a resistência a doenças Objetivo: restaurar o abastecimento de alimentos, ajuda as plantas a sobreviver em condições hostis e melhorar a saúde geral das plantas 4» TERAPIA GENÉTICA(terapia genética é o processo de substituir o gene defeituoso por DNA exógeno e editar o gene mutado na sua localização nativa): A anemia falciforme é causada por uma mutação no gene HBB, que codifica a proteína beta-globina, uma das subunidades da hemoglobina. Essa mutação leva à formação de hemoglobina anormal (chamada hemoglobina S), o que faz com que os glóbulos vermelhos tenham uma forma de "foice" e causem diversos problemas de saúde.

Pode-se editar o gene HBB nas células-tronco hematopoéticas do paciente. A partir da CRISPR, o sistema de reparo das células pode ser manipulado para corrigir a sequência mutada, revertendo a hemoglobina anormal para uma forma saudável. Objetivo: curar a maioria das doenças genéticas conhecidas, como anemia falciforme, β-talassemia, fibrose cística e distrofia muscular.

Formas de reparo do DNA:

1. Junção de Extremidades Não-Homologas (NHEJ) : inserção ou deleção de porções que desativam o gene.
2. Reparo Dirigido por Homologia (HDR): sequência de DNA que repara o gene inicialmente editado.

O CRISPR-Cas9 foi adaptado de um sistema de edição do genoma natural que as bactérias usam como defesa imunológica. Quando infectadas com vírus, as bactérias capturam pequenos pedaços do DNA dos vírus e inserem- -nos seu próprio DNA num padrão específico para criar segmentos conhecidos como matrizes CRISPR. As matrizes CRISPR permitem que as bactérias se "lembrem" dos vírus. Se os vírus atacarem novamente, as bactérias produzem segmentos de RNA das matrizes CRISPR que reconhecem e ligam-se a regiões específicas do DNA dos vírus. As bactérias então usam Cas9 ou uma enzima semelhante para desabilitar o vírus.