Com a ajuda da tesoura molecular CRISPR/Cas, a informação genética de uma planta pode ser modificada para torná-la mais resistente a pragas, doenças ou condições climáticas extremas. Pesquisadores do Karlsruhe Institute of Technology (KIT) desenvolveram ainda mais esse método para eliminar o DNA completo de tipos específicos de células e, assim, impedir sua formação durante o desenvolvimento da planta. Isso também ajudará os cientistas a entender melhor os mecanismos de desenvolvimento nas plantas. As descobertas são apresentadas em Natureza Comunicações.
Por meio de tesouras moleculares, o DNA – portador da informação genética – pode ser modificado nas plantas. Até agora, o método CRISPR/Cas co-desenvolvido em plantas pelo professor Holger Puchta, biólogo molecular do Instituto Botânico do KIT, já foi usado especificamente para inserir, trocar ou combinar genes. O objetivo é aumentar a resistência da planta a doenças e impactos ambientais. CRISPR (sigla para Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)/Cas são tesouras moleculares que podem reconhecer e cortar especificamente sequências de DNA. “Há 30 anos estudamos tesouras moleculares para uso em plantas. No início, as aplicávamos para modificar genes individuais. Há dois anos, éramos os primeiros no mundo a reestruturar cromossomos completos”, diz Puchta. Por sua pesquisa, o pioneiro da edição do genoma recebeu duas vezes o Advanced Grant do European Research Council (ERC). “Conseguimos otimizar esse método. Com o CRISPR-Kill, atingimos agora um nível totalmente novo de desenvolvimento: podemos eliminar certos tipos de células vegetais e impedir a formação de órgãos vegetais específicos.”
Eliminando raízes e pétalas secundárias com CRISPR-Kill
Os experimentos realizados pelos cientistas concentraram-se em raízes secundárias e pétalas da planta modelo agrião thale (Arabidopsis thaliana). “São exemplos clássicos da biologia. Aqui conhecemos o programa genético e os tipos celulares importantes para a formação desses órgãos vegetais”, explica o biólogo molecular. Após a eliminação dessas células, as plantas CRISPR-Kill não formaram mais pétalas ou raízes secundárias, enquanto as plantas controle apresentaram crescimento normal.
Ao contrário de outros métodos que eliminam células com citotoxinas ou radiação laser, o CRISPR-Kill induz cortes múltiplos no genoma. Um genoma consiste em um certo número de cromossomos, nos quais os genes individuais são arranjados em uma ordem fixa. “Até agora, o CRISPR/Cas apontou para exatamente um local e cortou uma ou duas vezes para modificar um gene ou cromossomo”, diz Puchta. “Agora, reprogramamos nossas tesouras moleculares. Elas não abordam mais o DNA genômico apenas uma vez, mas apontam no respectivo tipo de célula para uma sequência que é encontrada com frequência no genoma e que é essencial para a sobrevivência da célula. Dessa forma, muitos cortes são induzidos ao mesmo tempo – muitos para a célula repará-los. A célula morrerá.”
Entendendo Melhor os Processos de Desenvolvimento em Plantas
O trabalho dos pesquisadores do KIT pode ser classificado como pesquisa fundamental. “Ao estudar o que acontece quando um determinado tipo de célula é eliminado, aprendemos mais sobre os processos de desenvolvimento nas plantas. Como a planta reage? Qual é a flexibilidade da planta durante o desenvolvimento? Podemos remover partes das plantas que não são necessárias na agricultura, por exemplo?”, acrescenta Puchta. A longo prazo, a produção de alimentos e as aplicações farmacêuticas podem lucrar com essa tecnologia quando a planta é impedida de formar células produtoras de toxinas, por exemplo. Além disso, a tecnologia pode ser aplicada em organismos multicelulares para a modificação específica de tecidos.