Edição de genes

O maior acontecimento da biomedicina em décadas?

Dr. R Oliveira Filho

Dr. Eric J. Topol; George Church

08 de abril de 2016

Nota do editor: Ao longo dos seus mais de 30 anos de carreira, George Church foi pioneiro não apenas em uma, mas em várias transformações no campo da medicina, incluindo sequenciamento genômico, biologia sintética e, mais recentemente, engenharia genômica. Nesta entrevista, o editor-chefe do Medscape Eric Topol conversou com Church sobre seus muitos interesses em pesquisa, a promessa e controvérsia do editor de genes CRISPR, e como ele nunca fica entediado.

Da desistência a cientista-engenheiro de Harvard 
Dr. Eric J. Topol: Olá. Este é o One-on-One do Medcape. Eu sou Eric Topol, editor-chefe do Medscape. Eu tenho o prazer de estar com George Church, um dos mais notáveis cientistas, engenheiros e geneticistas do mundo, e certamente uma das pessoas mais interessantes em toda biomedicina. George leciona em Harvard, onde ele realizou uma quantidade imensa de pesquisas.

Pessoas da comunidade médica podem não estar familiarizadas com a sua formação. Você estudou em Duke e recebeu diplomas combinados em dois anos em zoologia e química. E então, alguma coisa aconteceu durante o seu trabalho de pós-doutorado, quando alguém disse: “Esqueça isso”.

George Church: Eu fui reprovado durante o meu doutorado e tive que ir para uma universidade “menor”, Harvard, para meu PhD com Walter Gilbert.

Dr. Topol: Então você esteve na Universidade da Califórnia, São Francisco, por um tempo?

Church: Sim, eu trabalhei com Gail Martin em células-tronco embrionárias e a seguir retornei a Harvard em 1986.

Dr. Topol: Você expandiu seus horizontes em Harvard. Você pode nos contar sobre o Instituto Wyss?

Church: O  temas do Instituto Wyss é engenharia inspirada pela biologia. Basicamente trabalha com inovação e como uma incubadora para novas empresas.

Dr. Topol: Você quer ser conhecido mais como um engenheiro ou um cientista?

Church: Estou na sobreposição entre a ciência básica e sua aplicação na sociedade.

Dr. Topol: Você fez tantas coisas diferentes na sua carreira – tudo desde sequenciamento do genoma e envolvimento em várias empresas relacionadas a isso, a biologia sintética. Você escreveu um livro extraordinário, chamado Regenesis. Este livro tinha uma característica especial, você fez 70 bilhões de cópias dele.

Church: Este foi um experimento que eu fiz com as próprias mãos. Eu usei um programa de computador para traduzir este livro em DNA. A seguir, eu fiz 70 bilhões de cópias dele, uma tiragem que é maior que a soma dos 100 livros mais populares de todos os tempos. Então, eu o li com sequenciamento de última geração. E agora esse armazenamento de dados em DNA ganhou vida própria e se tornou uma verdadeira indústria.

Dr. Topol: Você acha que o armazenamento de dados em moléculas de DNA pode realmente decolar?

Church: Sim. Nós temos financiamento da Technicolor, e estamos codificando parte de seu arquivo de filmes. É uma aplicação muito especial – arquivar informação. É muito desafiador fazer isso por longos períodos de tempo, considerando as alterações nos padrões de armazenamento e a degradação das mídias. O DNA tem um histórico incrível de 700.000 anos de arquivamento, isso sem uma tecnologia particularmente boa. E ainda não há unidade de disco que esteja neste nível. O DNA também é milhões de vezes menor que qualquer outra mídia.

Dr. Topol: Issso pode ter futuro, o que é ainda mais provável uma vez que você está envolvido.

Trazendo de volta o mamute lanoso 

Dr. Topol: E quanto ao trabalho que você tem feito, no qual está tentando trazer de volta animais extintos?

Church: Esse trabalho tem sido cada vez mais considerado como conservação ecológica do meio ambiente de ecossistemas atuais. Acontece que há espécies fundamentais que desaparecem de certos biomas. Isso é particularmente verdadeiro para a tundra, que é um dos maiores ecossistemas do mundo, na Sibéria e Canadá. Ao mesmo tempo, os elefantes asiáticos estão em perigo. A ideia é estender seu alcance até o parente mais próximo, que é o mamute. Acontece que temos sequências de alta qualidade de DNA dessa espécie extinta. Estamos basicamente tentando criar elefantes asiáticos resistentes ao frio para salvar esta espécie e salvar o carbono que está na tundra.Leia mais

Dr. Topol: Isso é possível?

Church: Não sei. Tivemos experiências mais estranhas que essas. Eles na verdade gostam do frio. Eles brincam na neve. É só dar um jeito de colocá-los de zero a menos 40 graus.

Dr. Topol: Este é um projeto paralelo?

Church: Este é um projeto paralelo. Ele tem um financiamento adequado, mas nosso trabalho principal está relacionado a buscar tratamentos para doenças humanas.

Dr. Topol: Sim, vamos chegar lá. Mas você está envolvido em vários projetos – você precisa de muito estímulo! Eu não consigo imaginar você entediado.

Church: Não, definitivamente não.

Dr. Topol: Então quantas pessoas trabalham no seu laboratório?

Church: Temos cerca de 100 no momento.

CRISPR: Sua promessa e controvérsia 

Dr. Topol: Não é apenas outra área, mas é uma área de esforço significativo no momento – edição de genoma. A revolução CRISPR nos pegou de surpresa. Eu e você temos aproximadamente a mesma idade e vivenciamos a Conferência Asilomar [sobre DNA Recombinante]. Nos anos 70, qual era a grande controvérsia?

Church: Naquela época, a polêmica era se nós poderíamos acidentalmente causar um problema - por exemplo, colocar um gene Se40 do câncer em um vetor E.coli, uma bactéria intestinal, e dessa forma acidentalmente causar câncer de cólon. Nenhum daqueles medos se materializou, mas eles foram combinados com inseguranças que existiam desde que a fertilização in vitro começou, mais ou menos na mesma época. Mesmo se nós não cometêssemos um erro, poderíamos começar a desvalorizar a vida ou algo parecido, o que também ainda não aconteceu. Agora que nós temos formas realmente poderosas de trabalhar com células humanas, aquelas questões voltaram à tona.

Dr. Topol: Vamos agora adiantar para o momento atual, quando a edição do genoma se tornou o centro das atenções. Você está liderando o tema. Para aqueles que não estão totalmente familiarizados, você poderia descrever por que o CRISPR é tão importante?

Church: O nosso grupo e outros estão buscando cerca de dez formas diferentes de fazer edição de genoma desde que eu comecei no meu laboratório em 1986. O CRISPR é a primeira técnica que funciona bem com todas as espécies. Nós temos algumas que funcionam bem em E.coli, mas não funcionam em humanos. Nós temos outras que funcionam em humanos mas eram muito difíceis de serem aplicadas para um novo gene. Essa é a mais fácil. Por US$ 60 você pode adquirir um kit de uma organização sem fins lucrativos e com um laboratório de microbiologia comum, você estará funcionando. Todos os organismos foram testados e a técnica funciona. Mas o entusiasmo é principalmente acadêmico. Quanto à terapêutica, na qual se gasta meio bilhão a um bilhão de dólares em testes clínicos, eu não acho que isso seja tão significativo. Mas aí a segunda característica aparece, que não é apenas a facilidade de uso, mas a eficiência de edição do DNA.

Dr. Topol: Isso quer dizer precisão extrema – quando você quer tirar uma única adenina de uma sequência e consegue. Você não quer efeitos colaterais, porque eles podem ter consequências prejudiciais. O quão precisos nós somos na edição do DNA?

Church: Imediatamente após instalado, com um bom programa de computador prevendo onde deve ser feita a edição, pode-se reduzir as taxas de erro para mais baixas que as taxas de mutação espontânea. Existem cerca de seis novas tecnologias para melhorar a taxa de erro na edição, e é difícil entender por que se nós já estamos abaixo da taxa de mutação espontânea. Mas são outro fator de 1000. Se você fizer isso com uma linhagem de células clonais, como uma célula tronco, e caracterizar este clone, significa outro fator de 1 milhão. Então estamos com várias ordens de magnitude. Isso não significa que alguma coisa não possa dar errado, mas será um erro de biologia dos sistemas e não no DNA não visado. Esta seria minha previsão.

Dr. Topol: Então você acha que a probabilidade de se ter uma consequência prejudicial após vários anos, como câncer, é pequena?

Church: Desde que você faça uso das melhores técnicas, teria que alterar um gene supressor de tumor, o que significa que você teria DNA não visado. Uma vez que você pode testar tudo isso com antecedência, isso é improvável. Mas há questões de biologia dos sistemas. Quando você altera uma coisa por qualquer mecanismo, por medicamento ou terapia gênica, você tem um efeito secundário que não tem nada a ver com o DNA. Leia mais

Dr. Topol: Isso é complicado.
Church: É disso que precisamos nos lembrar e é por isso que fazemos ensaios cínicos.

Edição de genes de embriões 

Dr. Topol: Falando sobre testes clínicos, atualmente existem vários em edição do genoma para doenças raras e algumas que não são tão raras, como hemofilia e anemia falciforme. É interessante fazer esses ensaios clínicos?  
Church: Existem 2000 ensaios clínicos para a terapia gênica em geral. Apenas uma pequena parcela deles lida com edição de genes. Mas em 2017 começaremos a ver ensaios com o CRISPR. E eles vão crescer até chegarem a ser tão importantes como o restante da terapia gênica. Algumas são ainda mais comuns que hemofilia e anemia falciforme – existem doenças infecciosas, HIV e câncer. Existem ainda ensaios clínicos em células T CAR para terapia anticâncer.

Dr. Topol: Um bebê foi salvo pela edição de células T com TALENs [nucleases efetoras semelhantes à ativadores de transcrição]; foi a primeira vez que a vida de uma pessoa foi salva pela edição gênica, mesmo que tenha sido ex vivo.

Agora, há muitas controvérsias com o CRISPR. Ao invés de testes clínicos que começarão no próximo ano, existe a polêmica sobre edições de embrião.

Church: Eu presumo que isso seria também um ensaio clínico.

Dr. Topol: Sim, mas é diferente daquelas pessoas que possuem uma patologia – estamos falando de um ser humano não nascido. Muitas questões éticas foram levantadas. O que você pensa a respeito?

Church: Existe a tendência de combinar o teste clínico, e a segurança e eficácia que todas as novas tecnologias têm, com preocupações sobre usá-las de alguma forma que provavelmente não estará entre as prioridades de uso. Por exemplo, se ela está restrita a reverter doenças genéticas muito graves, como Tay-Sachs, para uma variante de DNA normal – por exemplo, no esperma masculino – você não estará arriscando embriões. Na verdade, você poderia salvar embriões porque a alternativa é tipicamente terminar a gestação.

Este cenário não foi muito discutido. Usualmente as pessoas pulam para algum cenário daqui a 50 anos no futuro, no qual estaremos criando super bebês. Precisamos focar naquilo que é a via médica provável. Seria muito difícil recusar a opção de evitar um aborto ou ter uma família sem Tay-Sachs.

Dr. Topol: No Reino Unido, eles estão progredindo, pelo menos com pesquisas. Em que ponto estamos nos Estados Unidos. Isso foi banido?

Church: É legal na China, Estados Unidos, Reino Unido e em vários lugares. Mas em alguns desses lugares, é necessário financiamento privado.

Dr. Topol: Foi o que eu quis dizer – isso não é financiado pelo governo, os Institutos Nacionais de Saúde (NIH), aqui nos Estados Unidos.

Church: Isso é diferente de uma proibição. Por exemplo, a pesquisa com células-tronco embrionárias não era financiada pelo governo, mas explodiu economicamente nos estados da Califórnia, Massachusetts e em alguns outros lugares, onde US$ 3 bilhões foram direcionados para essas pesquisas. Isso é muito diferente de não ter financiamento. Na verdade, pode involuntariamente ter a consequência oposta que é, se o NIH não financia as pesquisas, essas pesquisas serão financiadas pela iniciativa privada. 

Disputa de patente do CRISPR

 
Dr. Topol: As pesquisas poderiam acontecer mais rapidamente e teriam mais financiamento. No entanto, é um ponto de controvérsia porque que elas pudessem ser usadas de forma que fosse preocupante para as pessoas. Outra controvérsia é toda essa disputa de patente, que talvez seja uma distração, mas que recebeu uma grande cobertura na mídia. Qual é seu ponto de vista sobre o assunto?

Church: Eu não acho que seja uma distração maior que a corrida pelo sequenciamento do genoma humano. Se é o que prende a atenção das pessoas, então finalmente as pessoas estão prestando atenção nas ciências, embora não da forma que eu gostaria. Felizmente, eu não estou diretamente envolvido na disputa de patente porque nossas patentes no CRISPR não estão sendo contestadas.

Dr. Topol: Você colaborou com Jennifer Doudna e o grupo de Berkeley?
Church: Eu trabalhei com ela, mas nunca fomos fomos coautores de artigos juntos. Fui coautor de vários artigos com Feng Zhang. Não estou tomando partido. Eu gosto de ambos.

Dr Topol: O que você acha do artigo de Eric Lander “The Heroes of CRISPR” no Cell [1] de algumas semanas atrás?

Church: Eu me ofereci para revisá-lo com antecedência, mas ele só me entregou o artigo algumas horas antes de ser publicado. Foi uma boa ideia dar os créditos, mas outros enxergaram alguns vieses e, no final, não foi dado muito crédito aos jovens que fizeram o trabalho de verdade. Essa foi uma das minhas principais críticas. Se você vai dar crédito, que seja para Luhan Yang, Prashant Mali, Le Cong, e por aí vai.

O próximo passo 

Dr. Topol: Você diria que a edição de genoma é o maior acontecimento da medicina nas últimas décadas?

Church: Eu não preciso dizer isso, porque outras pessoas já disseram. Temos três outras tecnologias que não fazem a quebra da fita dupla. Um dos problemas das quebras é que isso é uma reação colateral, chamada de junções terminais não-homólogas, levando a uma edição não precisa. É edição muito imprecisa. Qualquer método que seja facilmente reprogramado sem quebras da fita dupla seria ainda melhor.

Dr. Topol: Mesmo com a tecnologia que existe atualmente, ano passado você publicou[2] que poderia editar 60 genes simultaneamente e trouxe de volta a ideia de xenotransplantes.

Church: Sim, é verdade. Eu posso estar colocando o carro na frente dos bois. Devemos comemorar onde estamos. Mas, mesmo com CRISPR, parecia intimidador mudar mais de um ou dois genes de uma vez. Nós usamos 62 retrovírus endógenos, que basicamente custaram, há 15 anos, um investimento de um bilhão de dólares dedicados ao transplante de porcos para humanos, o que era uma direção promissora. Com o CRISPR, conseguimos fazer isso em 14 dias.     

Dr. Topol: A ideia de que, com a edição de genoma, poderíamos lidar com o grande problema de doadores e órgãos para transplante é realmente impressionante. Qual é o próximo passo? Você já fez tanto. Qual será o grande passo para os próximos anos?

Church: Vamos usar o CRISPR para trabalhar com espécies selvagens, porque grande parte dos nossos problemas de saúde são causados por vetores insetos e roedores – doença de Lyme, Zika, malária e assim por diante. Mas o próximo passo tem a ver com o BRAIN [Pesquisa Cerebral através de Neurotecnologias Inovadoras Avançadas]. Temos grande financiamento de Atividade de Projetos de Pesquisa Avançados (IARPA) para conectar mapas de atividade cerebral com o conectomo no nível de resolução sináptico, e transformar isso em algoritmos visuais de aprendizado artificial, que é a aplicação indispensável na internet, onde você tem carros sem motoristas, reconhecimento de imagens do Google, entre outros. Ainda está muito atrás de onde deveria estar, devido à falta de entendimento de como o córtex visual dos mamíferos funciona.

Dr. Topol: O seu impacto na iniciativa BRAIN será muito significativo. É surpreendente que você tenha coberto todas essas áreas, e você esteja fazendo contribuições importantes em cada uma. Nos dá a sensação de que existe muito mais a ser alcançado.

Foi fantástico. Se há uma pessoa interessante em toda biomedicina, é você.
Gostaria que tivéssemos horas para conversar para que o público do Medscape pudesse ouvir mais sobre suas ideias e o que você pensa que serão os caminhos para o futuro. Mas muito obrigado por conversar conosco.

Muito obrigado a todos vocês no Medscape. Continuaremos a trazer algumas das pessoas mais interessantes no mundo da medicina, como certamente é o caso com George Church. Obrigado.

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