O futuro do DNA está se desdobrando agora | ASU News

5 de abril de 2019

Avanços na tecnologia do DNA levantam questões fascinantes sobre o papel que ele desempenhará em nossa sociedade, da medicina à alimentação

Uma prisão no caso Golden State Killer de décadas.

Um cientista chinês criando as primeiras gêmeas gêmeas editadas.

DNA está claramente mudando nossa realidade.

No reconhecimento do Dia Nacional do DNA em 25 de abril, os cientistas da Universidade Estadual do Arizona levaram tempo para refletir sobre algumas grandes questões: O que nos levou a este ponto, para onde vamos a partir daqui – e só porque podemos, se pudermos?

Como é o caso dos sujeitos mais densos, o melhor lugar para começar é geralmente o começo.

Onde tudo começou

O novato médio da ciência pode apontar o Projeto Genoma Humano que teve raízes nos anos 80 como a origem da ciência moderna do DNA. Mas remonta mais do que isso, à descoberta da estrutura de dupla helicoidal nos anos 50 e ao desenvolvimento do processo de sequenciamento nos anos 70 que desbloqueou a informação genética contida no DNA.

“Esses foram avanços tecnológicos cruciais que permitiram que todo o campo se desenvolvesse”, disse Robert Cook-Deegan, professor da Escola para o Futuro da Inovação na Sociedade.

Ele testemunhou em primeira mão como a genômica assumiu sua forma atual no final dos anos 80, quando o biólogo molecular James Watson – o próprio homem que em 1953 havia sido co-autor do trabalho propondo a estrutura de dupla hélice da molécula de DNA – pediu-lhe que emprestasse sua experiência em ciência e política de saúde ao Projeto Genoma Humano.

Na época, a tecnologia computacional começou a avançar em um clipe rápido, permitindo aos cientistas estudar todo o genoma de uma vez ao invés de um gene de cada vez – pela primeira vez, eles tinham uma visão de 30.000 pés dos blocos de construção da vida.

O termo genoma foi cunhado com o lançamento do periódico homônimo revisado por pares em 1987 e ajudou a distinguir a ciência da genética, o estudo da herança que considerava apenas um gene de cada vez.

Esta nova perspectiva das curiosas interações e envolvimentos fascinantes dos cromossomos e proteínas que fazem de nós o que somos inaugurados em uma era de diagnósticos mais precisos. Analisando o genoma de uma pessoa e comparando-o com parentes, os cientistas poderiam identificar diferenças e semelhanças em sua composição genética que poderiam torná-la mais propensa a certas doenças ou condições.

“Somos todos montanhas, mas temos algumas diferenças.”

– Escola de Ciências da Vida Assistente da Professora Melissa Wilson

Escola de Ciências da Vida Assistente da Professora Melissa Wilson estuda a evolução dos cromossomas sexuais e como eles podem estar relacionados ao risco de doenças. Em um artigo sem precedentes, ela e uma equipe de pesquisadores teorizam que a propensão das mulheres para sistemas imunológicos hiperativos as ajuda a vigiar e combater melhor o câncer do que os homens.

Ela explica a utilidade da referência do genoma humano assim:

“É como se eu te desse um quebra-cabeça da Montanha Camelback e dissesse: ‘Este é o genoma humano, é a Montanha Camelback’. Mas na verdade, alguns de nós parecem os Apalaches, e alguns de nós parecem as Superstições, e alguns de nós parecem os Quatro Picos. Somos todos montanhas, mas temos algumas diferenças. Então usamos esse enigma da Montanha Camelback como nossa referência para ver onde eles são iguais e onde são diferentes”

Então, em meados dos anos 2000, novas formas de sequenciamento de DNA mais rápido permitiram a detecção de variantes em indivíduos e populações.

“Isso é uma coisa que ninguém viu chegar”, disse Cook-Deegan. A capacidade de identificar diferenças genéticas entre populações tem vastas implicações para o rastreamento de ancestrais, incluindo o estudo do DNA antigo. Ela deu aos pesquisadores uma visão da ancestralidade regional, padrões de migração e mais.

Agora, enquanto os cientistas já aproveitaram o potencial do sistema de edição de genoma natural conhecido como CRISPR-Cas9 para modificar geneticamente os bebês no útero, Cook-Deegan adverte que ainda temos muito mais a aprender.

“Estamos na fase infantil”, disse ele. “Há tanta informação a sair e sabemos tão pouco sobre tanta coisa”. Entender o genoma não se trata apenas de quais genes você tem, mas de entender por que e como e quando eles são ligados e desligados. … Ainda não compreendemos de todo o trabalho de mudança regulamentar. Estamos apenas no início de ser capazes de entender isso. Isso vai continuar por cerca de outro século”

O genoma guia a medicina de precisão

Do século XVIII ao século XX, a ferramenta dominante de um médico era o microscópio. Eles olhavam as células ou tecidos sob um microscópio e depois diziam: “Este paciente tem a doença X, Y ou Z”, com base na forma como as células apareciam. Era muito bom, e tomava muito cuidado com a saúde.

Então foi lançado o Projeto Genoma Humano. O maior projeto biológico colaborativo do mundo, foi um projeto de pesquisa científica internacional com o objetivo de determinar a seqüência do DNA humano e identificar e mapear todos os genes do genoma humano de um ponto de vista físico e funcional. Foi concluído em 2003.

“A medicina de precisão é basicamente uma forma de afinar a forma como tratamos nossos pacientes”, disse LaBaer. Com a medicina personalizada, médicos como eu sempre sentiram que nós personalizamos o tratamento”. Não tratamos uma população; tratamos um indivíduo”

Quando LaBaer frequentou a faculdade de medicina no século XX, olhava-se ao microscópio certas células e tecidos da mama e dizia-se “carcinoma ductal infiltrante da mama”. Essa era a terminologia de um patologista para o cancro da mama. Agora os médicos sabem que uma doença sob o microscópio é como sete ou oito doenças moleculares diferentes se você olhar mais profundamente. Há o tipo luminal A, o tipo luminal B, o tipo HER2, o tipo triplo negativo, e assim por diante. E esses tipos diferentes comportam-se de forma diferente com quimioterapias diferentes. Eles também respondem a terapias específicas que não estão disponíveis para os outros. E isso é apenas câncer de mama. Os mesmos tipos de coisas são verdadeiras para outros tipos de cânceres, assim como para outras doenças.

“No século 21, estamos olhando mais para essas moléculas e estamos entendendo muito mais sobre como elas contribuem para a doença, o que nos dizem sobre o prognóstico do paciente, e que oportunidades de terapia podemos trazer”, disse LaBaer.

O Projeto Genoma Humano, pela primeira vez, delineou uma lista completa de partes humanas. Olhando para o genoma humano basicamente nos disse todos os diferentes genes que estão lá. Esse foi o primeiro passo, e foi um grande passo. Mas aquele projeto olhou para os genomas de algumas pessoas, e as pessoas variam muito.

O programa de pesquisa All of Us foi lançado pelo governo dos EUA em 2018. Ele procura estender a medicina de precisão a todas as doenças, construindo uma coorte nacional de pesquisa de 1 milhão ou mais de participantes dos EUA. Qualquer pessoa com mais de 18 anos de idade que viva nos Estados Unidos pode participar.

Todos nós temos a probabilidade de contrair doenças diferentes. Mas quando o fazemos, nossos resultados podem ser diferentes de pessoa para pessoa com a mesma doença. Muito disso é um produto dos nossos genomas diferentes.

“Como é que entendemos a variação?” LaBaer disse. “Qual é a variação entre nós, e como a compreensão dessa variação ajuda a prever os riscos de doença e/ou respostas a doenças quando elas ocorrem? Ao catalogar toda essa informação, aprenderemos muito sobre esse tipo de fatores. É isso que (Todos nós) faz por nós”

Existem limites para o que a informação do genoma pode fazer pelo risco de doença. A metáfora favorita de LaBaer é que o genoma é uma receita, mas pessoas que recebem a mesma receita podem fazer pratos com um sabor um pouco diferente.

“O genoma é o ponto de partida, mas não é a resposta para tudo”

– Joshua LaBaer, professor e diretor executivo do ASU’s Biodesign Institute.

O genoma é o plano de como fazer uma pessoa. As pessoas são um pouco diferentes do genoma, porque o desgaste acontece com elas. As coisas quebram. Às vezes as pessoas quebram mesmo quando parecem estar sempre bem, como um atleta vegano que desenvolve diabetes no final dos 40 anos.

“O genoma não nos diz necessariamente o que vai acontecer a uma pessoa”, disse LaBaer. “Ele nos dá a possibilidade matemática de coisas que podem acontecer com essa pessoa. … O genoma pode nos dizer as probabilidades de que possamos metabolizar certas drogas de certas maneiras. … Isso chama-se farmacogenómica, e isso é muito importante. O genoma é o ponto de partida, mas não é a resposta para tudo.”

Há muitas coisas sobre informações de ADN que as pessoas precisam de saber, disse LaBaer. Embora todo o seu genoma humano possa ser sequenciado, sabe-se muito pouco sobre como interpretar isso.

“Se alguém lhe disser, ‘Oh, nós vamos sequenciar o seu genoma e isso vai resolver tudo’, isso provavelmente não é verdade”, disse ele. “Quase de certeza que não é verdade. Certamente alguns desses elementos são úteis. Existem doenças genéticas conhecidas que você pode detectar”

Se você vai ter uma doença cardíaca ou um tipo específico de câncer, a maior parte do que é conhecido agora não pode prever isso. E, ao contrário do que você vê na TV, a sequência do genoma não pode dizer se a sua herança é albanesa ou letã. O que é que os consumidores precisam de ter cuidado?

“Você precisa ter cuidado com o tipo de promessa que é feita sobre o que você vai aprender com isso”, disse LaBaer. “Muitas dessas empresas inicialmente prometeram todo esse valor médico para as pessoas, e a FDA forçou-as a se afastarem dessa reivindicação”. Agora a maioria delas estão se comercializando como se estivessem falando de sua herança. Mesmo ali, acho que muito do que foi prometido está um pouco sobre-vendido neste momento. Quando as pessoas dizem que você é 30% isto e 15% aquilo, eu não sei o que isso significa. Não sei o quanto isso é bem compreendido neste momento. … o ADN só é útil se a informação clínica a ele ligada também for exacta. Muitas vezes não é.”

LaBaer adverte que vale a pena ver as letras miúdas para questões de privacidade. Algumas das empresas estão vendendo essa informação a outras empresas para fins de pesquisa. Teoricamente não está identificada como sendo sua. Vão dizer que é de uma mulher caucasiana na casa dos 30 anos, ou algo parecido. Muitos dos seus modelos de negócio não se baseiam nas taxas que você pagou, mas sim nas taxas da venda da sequência a outra pessoa. E, como é discutido em outras seções desta série, não há nenhuma barreira legal da aplicação da lei entrar em qualquer uma dessas empresas e ver o que elas têm.

Encontrar soluções com terapias genéticas

Quando a ferramenta de edição de genes CRISPR entrou em cena em 2012, os cientistas viram imediatamente o seu potencial para curar doenças genéticas. Samira Kiani construiu sua carreira em torno de sua paixão por aplicar a tecnologia CRISPR à biologia sintética. Professora assistente na Escola de Engenharia de Sistemas Biológicos e de Saúde, ela estabeleceu seu programa de pesquisa para combinar a tecnologia CRISPR com a biologia sintética para desenvolver terapias genéticas mais seguras e controláveis.

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Esse potencial é realista? Quão viáveis são as soluções?

Existem três áreas principais que o CRISPR pode potencialmente causar impacto, de acordo com Kiani. A primeira é a terapia genética: Pacientes com doenças genéticas formais como doenças metabólicas ou doenças imunológicas têm algum tipo de genes defeituosos.

“Podemos usar CRISPR para perturbar esses genes defeituosos ou corrigir esses genes defeituosos”, disse Kiani. “Desta vez o CRISPR nos permitiria identificar o tipo de genes que já existem no DNA humano e apenas modificá-los, corrigi-los ou interromper os genes defeituosos”

Uma outra arena potencial para o CRISPR seria a correção de genes de suscetibilidade que colocam as pessoas em risco de doenças como diabetes, câncer e aterosclerose. Um dispositivo de entrega colocaria o CRISPR no corpo do paciente. A ferramenta iria para um determinado órgão e mudaria os genes.

“O CRISPR nos permitiria em algum momento – digamos daqui a cinco ou 10 anos – desenvolver uma forma de terapia genética usando CRISPR e ir e modular esses genes para que eles não estejam mais conferindo suscetibilidade a essas doenças”, disse Kiani.

A terceira aplicação para a saúde humana que Kiani cita é a correção de um gene defeituoso no nível embrionário. Por exemplo, se um casal tivesse genes que levassem imediatamente a uma doença fetal, eles poderiam fazer fertilização in vitro e os genes poderiam ser corrigidos ao nível do embrião. Então o embrião corrigido poderia ser implantado.

CRISPR também está sendo usado para diagnosticar certas doenças genéticas ou vírus que podem infectar células como HPV, HIV ou Ebola.

Aplicações clínicas são viáveis dentro de cinco a 10 anos, de acordo com Kiani. A tecnologia está se movendo rapidamente – mas há um senão.

Escritor de ficção científica William Gibson famoso disse: “O futuro está aqui”. Só que ainda não está amplamente distribuído”. Viajar de uma grande cidade para uma cidade rural, ou de uma nação industrializada para uma em desenvolvimento, e a distribuição desigual de qualquer coisa avançada é óbvia.

“Com tecnologias como esta, você vai enfrentar todos os problemas com acesso e igualdade de acesso”, disse Kiani. “Como tornamos acessível para todos os consultórios médicos tê-lo? Se estamos falando em relação à acessibilidade aos pacientes em cada consultório médico, eu diria um prazo mais longo – talvez 15 ou 20 anos”. Como qualquer nova tecnologia é desenvolvida – tecnologia internet ou iPhone – cada vez que estas novas tecnologias se desenvolvem, os ricos (pessoas) têm melhor acesso a ela. Então eu diria que uma vez que esta tecnologia é rapidamente desenvolvida, ou é acessível a pessoas com mais dinheiro ou os governos e companhias de seguros precisam entrar a bordo para que eles realmente forneçam esta acessibilidade aos pacientes”

Atrofia muscular espinhal é uma doença debilitante, que desperdiça músculos causada pela morte de células nervosas na coluna vertebral. A FDA aprovou a venda de um novo medicamento para o tratamento desta doença. O medicamento engana os neurónios da coluna vertebral para que utilizem outro gene para produzir proteínas, permitindo ao paciente sobreviver. Aqui está o senão: O medicamento custa 750.000 dólares no primeiro ano seguido de 375.000 dólares por ano depois disso – para toda a vida.

As terapias genéticas têm o potencial de aliviar esse problema de custo. Elas requerem a criação de um medicamento específico para cada paciente. Tem de ser concebido, personalizado, administrado e monitorizado por vários profissionais especializados. Atualmente, nada disso é barato.

Mas há uma luz ao fundo do túnel, disse Kiani.

“A alegação com o CRISPR é porque é mais fácil de se repôr, os custos podem ser menores”, disse ela.

Nós podemos – mas devemos?

As questões éticas relativas à biotecnologia já faziam parte da conversa sobre ciência e política de saúde quando o campo da genética humana decolou, graças em parte à pesquisa sobre armas biológicas que durou até a Convenção sobre Armas Biológicas em 1972 e o advento da biotecnologia agrícola (que permanece controversa até hoje).

Em relação à ciência do DNA, o Professor Associado da Faculdade de Ciências da Vida Ben Hurlbut disse que as preocupações éticas surgiram da combinação das esperanças que estavam ligadas ao conhecimento que o genoma humano poderia nos dar – como a capacidade de tratar doenças – e os usos que poderiam ser dados a ele poderiam ser contrários ao bem público.

Hurlbut e colegas estão trabalhando na criação de um novo tipo de estrutura para a governança do campo – um observatório global para edição de genes, sobre o qual ele escreveu em um artigo de março de 2018 para a Nature.

“Nos primeiros dias do desenvolvimento da genética e da tecnologia associada a ela, havia uma tendência na comunidade científica de fazer essas grandes questões éticas”, disse ele. “Mas ao longo dos anos, tem havido uma espécie de resistência a isso e um silenciamento de discussões que olham muito à frente”.

Cook-Deegan pode atestar a primeira. Alguns anos depois de trabalhar no Projeto Genoma Humano, ele escreveu “The Gene Wars: Science, Politics, and the Human Genome”, um relato pessoal da gênese e estágios iniciais do projeto que também abordou ansiedades em relação a implicações médicas e sociais de longo alcance. Mais tarde, ele fundaria o Centro de Ética, Direito e Política do Genoma da Universidade Duke.

O que é interessante sobre o campo da genética humana, ele observou, é que ele começou a decolar ao mesmo tempo em que os historiadores de todo o mundo estavam começando a reexaminar a história da eugenia e da chamada “higiene racial” que levou à esterilização e à proibição dos casamentos inter-raciais. Assim, à medida que o campo avançava, também o desconforto sobre tais males ressurgiu.

Ao mesmo tempo, a maioria compreendeu os benefícios potenciais da genômica para a saúde.

“Então, desde o início, houve discussões éticas e um esforço paralelo para fazer algo sobre políticas, para pensar sobre as questões legais que precisariam ser tratadas”, disse Cook-Deegan.

Uma das primeiras preocupações éticas com a biotecnologia estava relacionada à biossegurança, ao controle militar e industrial da vida e à engenharia genética. Ultimamente, como Hurlbut mencionou, as coisas têm se tornado ainda mais complicadas.

“Nossa capacidade de fazer coisas excede em muito nossa capacidade de fazê-lo eticamente”

– Andrew Maynard, professor da Escola para o Futuro da Inovação na Sociedade

Em 2013, em resposta a uma empresa de diagnóstico molecular que tentou fazê-lo, a Suprema Corte decidiu que genes humanos isolados não poderiam ser patenteados. Enquanto os defensores do argumento alegaram que as patentes incentivariam o investimento em biotecnologia e promoveriam a inovação em pesquisa genética, os opositores alegaram que o patenteamento de genes isolados dificultaria a pesquisa de doenças e limitaria as opções para os pacientes que procuram testes genéticos.

E também há motivos para questionar se confiamos demais no que o DNA nos diz sobre fatores de risco de doença para determinar tratamentos e prever resultados de saúde.

“Não sou médico”, disse Wilson, “mas, por exemplo, aconselha-se a dar aspirina a todos para ajudar a prevenir acidentes vasculares cerebrais”. Acontece que isso não funciona realmente nas mulheres. E isto já é conhecido há décadas. Mas nós simplesmente damos a elas de qualquer maneira.

“Então nós temos medicina personalizada baseada em populações que não são representativas das pessoas em que estamos trabalhando”. Se realmente queremos ter uma medicina personalizada, precisamos de ter os nossos conjuntos de dados representativos de todos. E não são agora, infelizmente”

Andrew Maynard, professor da Escola para o Futuro da Inovação na Sociedade, estuda a tecnologia emergente e a inovação responsável. Em seu novo livro, “Filmes do Futuro”, ele aborda uma série de questões sobre a ética de como trabalhamos com o DNA e o que significa inovar de forma responsável.

Nos próximos anos, ele acredita que há uma urgência crescente não apenas para os cientistas, mas para todos que a tecnologia do DNA tem o potencial de afetar para aprender como ser socialmente responsável com ela.

“Nossa capacidade de fazer coisas excede em muito nossa capacidade de fazê-lo eticamente”, disse ele. “Portanto, há uma enorme obrigação para nós de pensar criticamente sobre o que estamos fazendo e ter uma conversa aberta sobre isso”.

Modificação de genes em nossas mesas

Como para essa biotecnologia agrícola controversa, os organismos geneticamente modificados existem desde o início dos anos 70. As definições variam, mas o consenso paira em torno de um organismo que foi alterado de uma forma que não ocorreria na natureza.

Uma bactéria foi o primeiro organismo a ter seu DNA alterado, seguido por um rato e uma planta. O primeiro organismo concebido para fins comerciais foi o tomate Flavr Savr, que chegou às prateleiras dos supermercados em 1994. A FDA declarou-o tão seguro como um tomate natural. O objetivo de todos os produtores de tomate é poder manuseá-lo o mais rápido possível e ter um prazo de validade mais longo. A intenção do fabricante era retardar o amadurecimento. O Flavr Savrs tinha um prazo de validade mais longo, mas ainda tinha de ser colhido e manuseado como qualquer tomate amadurecido na vinha. A empresa lutou com os lucros, principalmente porque eles não sabiam o suficiente sobre o fim do negócio agrícola e acabaram sendo adquiridos pela Monsanto.

Flash-forward mais uma década e o GloFish chegou ao mercado. Eles ainda estão por perto, para as pessoas que acham que os peixes tropicais são muito escassos. Em 2015, o salmão AquAdvantage Atlantic atingiu os mercados canadenses. Modificado para crescer para o tamanho do mercado em 16 a 18 meses, em vez de três anos, foi inicialmente bloqueado de ser vendido nos EUA. No início de março, no entanto, a FDA levantou a proibição de importação de salmão geneticamente modificado e ovas de salmão.

Oya Yazgan é bióloga molecular na Faculdade de Ciências e Artes Integrativas, onde ensina um curso sobre alimentação e saúde humana. Como os alimentos são produzidos e as consequências do consumo de vários tipos de alimentos é a sua paixão.

Há uma grande questão que paira sobre os alimentos GMO: Eles são seguros? A resposta curta – ninguém realmente sabe. A pesquisa tem sido feita e usada como referência para dizer que os OGM são seguros, mas não é ciência séria nem confiável, disse Yazgan.

“Precisamos dar uma olhada muito cuidadosa nisto antes de brincarmos com a saúde das pessoas”

– Oya Yazgan, bióloga molecular da Faculdade de Ciências e Artes Integrativas

“Os estudos a que se referem são mal concebidos e as análises estatísticas não são fortes, e eles estão fazendo conclusões que não são cientificamente válidas”, disse ela. “Temos algumas evidências preliminares que precisam de uma pesquisa científica mais forte que indique que há danos que estão sendo causados por esses OGMs”. Eles estão vendo danos intestinais em ratos e porcos”. O maior problema geral que eu vejo é que esses estudos não são bem concebidos. Eles são de muito curto prazo, quando se pensa em quaisquer efeitos possíveis. Eles estão a trunccionar estes estudos. Se você não vê os efeitos, então eles estão concluindo que estes são seguros, o que é, na minha opinião e na opinião de muitas outras pessoas, irresponsável.”

Estudos concluindo que os OGMs são seguros muitas vezes têm sido conduzidos por pesquisadores patrocinados pela indústria. Os pesquisadores independentes têm uma visão oposta.

“Muitas publicações e relatórios de notícias e tudo o que eu vejo tem basicamente ligações com a indústria”, disse Yazgan. “Esta é uma indústria enorme – todos estão cientes disso – e a sensação é que isso está sendo empurrado antes que tenhamos respostas definitivas sobre sua segurança”. Esta é também a minha preocupação e a minha frustração em relação a isto”

GMO alimentos são claramente rotulados como tal na União Europeia”. Nos Estados Unidos, os alimentos ou são orgânicos ou não são.

“Há esse empurrão porque a indústria tem um peso maior na pesquisa científica e nas publicações e no que está sendo disponibilizado para o público”, disse Yazgan. “Na Europa há mais regulamentações controlando a liberação desses OGMs e de qualquer outra substância também. Há mais apoio público na Europa”. Há mais apoio empresarial nos EUA. Essa é a maior diferença”

Qual é a melhor opção para os consumidores preocupados? Neste momento, isso seria orgânico, porque os OGM não são rotulados. A grande agricultura está a tentar sair dos regulamentos, disse Yazgan.

“A última técnica que é usada para fazer modificações nos genes, eles são pouco diferentes dos anteriores e não deixam uma marca no DNA dos organismos que eles estão mudando”, disse ela. “A FDA não considera isso geneticamente modificado, mesmo que sejam. Eles estão tentando evitar os regulamentos”

Problemas intestinais, como a síndrome do intestino irritável, estão em ascensão, mas não definitivamente ligados aos OGM.

“Precisamos dar uma olhada muito cuidadosa neles antes de brincarmos com a saúde das pessoas”, disse Yazgan.

Escrito por Emma Greguska e Scott Seckel/ASU Now

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