Microbioma geneticamente modificado: modificando bactérias para a saúde

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  Previsão Quantumrun
• 8 de março de 2023

O microbioma consiste em microorganismos em um ambiente particular. A modificação genética do microbioma pode ajudar a suprimir ou exibir certas características e fornecer terapêutica, encontrando várias aplicações práticas nos setores de agricultura, saúde e bem-estar.

Contexto do microbioma geneticamente modificado

O microbioma intestinal, a comunidade de microrganismos no intestino humano, desempenha um papel significativo na saúde. Pesquisas recentes mostraram que o microbioma intestinal pode afetar doenças autoimunes, diabetes, câncer, doenças cardiovasculares, Parkinson, Alzheimer, esclerose múltipla e até depressão. No entanto, o equilíbrio desse delicado ecossistema pode ser perturbado por diversos fatores, como dieta e antibióticos, dificultando sua restauração. 

Vários pesquisadores estão investigando a modificação genética de microbiomas para aumentar suas chances de sobrevivência e adaptabilidade. Por exemplo, cientistas da Texas A&M University usaram a relação simbiótica de uma bactéria, E. coli, e uma lombriga para modificar geneticamente o microbioma do verme em 2021. Eles notaram que, quando genes supressores de fluorescência foram inseridos no plasmídeo de E. coli, os vermes que o consumiam deixariam de exibir fluorescência. No mesmo ano, cientistas da Universidade da Califórnia em San Francisco carregaram com sucesso vírus caçadores de bactérias com o sistema de edição de genes CRISPR para deletar cromossomos dentro de E. coli.

Em 2018, pesquisadores da Harvard Medical School trabalharam para fazer as bactérias se comunicarem para coordená-las e controlá-las em harmonia. Eles introduziram circuitos genéticos sinalizadores e respondedores para liberar e detectar um quorum composto em dois tipos de bactérias. Quando os camundongos foram alimentados com essas bactérias, os intestinos de todos os camundongos exibiram sinais de transmissão de sinal, confirmando a comunicação bem-sucedida das bactérias. O objetivo continua sendo criar um microbioma sintético com bactérias modificadas no intestino humano que sejam eficientes na comunicação entre si durante o desempenho de suas funções. 

Impacto disruptivo 

Explorar o potencial do uso de técnicas de edição de genes para manipular o microbioma intestinal pode abordar desequilíbrios que contribuem para vários problemas de saúde. Por exemplo, mais pesquisas podem descobrir a entrega de terapêutica para corrigir desequilíbrios bacterianos no complexo intestino humano. Ao modificar geneticamente bactérias conhecidas por serem benéficas para a saúde intestinal, os cientistas podem criar novos tratamentos para vários distúrbios relacionados ao intestino, incluindo doença inflamatória intestinal, síndrome do intestino irritável e até obesidade. Também permite novos métodos de tratamento para diabetes devido a desequilíbrios hormonais. 

Uma razão pela qual as bactérias são mais fáceis de manipular geneticamente é devido à sua composição de DNA. Esses minúsculos organismos têm pedaços de DNA chamados plasmídeos, além dos principais elementos do DNA chamados cromossomos. Os plasmídeos podem fazer cópias de si mesmos e têm menos genes do que cromossomos, tornando-os mais fáceis de mudar com ferramentas genéticas. Especificamente, pedaços de DNA de outros organismos podem ser colocados em plasmídeos de bactérias.

Quando os plasmídeos fazem cópias de si mesmos, eles também fazem cópias dos genes adicionados, chamados transgenes. Por exemplo, se um gene humano para produzir insulina é adicionado a um plasmídeo, à medida que a bactéria faz cópias do plasmídeo, ela também cria mais cópias do gene da insulina. Quando esses genes são usados, produz mais insulina. No entanto, os cientistas concordam que essa possibilidade ainda está muito distante devido à alta complexidade dos microbiomas. No entanto, os estudos atuais também podem ter várias aplicações no controle de pragas, aumentando o crescimento das plantas e diagnosticando doenças veterinárias. 

Implicações de microbiomas geneticamente modificados

As implicações mais amplas da engenharia genética bem-sucedida do microbioma em vários ambientes podem incluir:

• Aumento da pesquisa em ferramentas de edição de genes, como CRISPR.
• Abrindo novas possibilidades para a produção de biocombustíveis, alimentos e outros produtos, criando novas cepas de bactérias mais adequadas para tarefas específicas.
• Uso reduzido de antibióticos que visam bactérias indiscriminadamente. 
• Aumento do interesse em medicina e diagnóstico personalizados, em que os tratamentos são personalizados com base no microbioma intestinal de uma pessoa.
• Riscos potenciais na proliferação de bactérias que podem aumentar a ocorrência de outras doenças.

Questões a considerar

• Dada a complexidade do microbioma do intestino humano, você acha que sua engenharia genética completa será possível em breve?
• Qual o custo que você prevê para as aplicações generalizadas de tais processos?