O CRISPR/Cas9 pode revolucionar os alimentos

            A biotecnologia moderna dispõe de um conjunto de ferramentas capazes de remodelar a vida em sua essência. Entre elas, o sistema CRISPR (bit.ly/4xoOOja) se destaca como uma verdadeira revolução, permitindo que cientistas editem o DNA com precisão quase cirúrgica. O sistema CRISPR pode trabalhar com diversas enzimas, mas, por razões didáticas, neste texto usaremos sempre exemplos com a enzima Cas9. Importante destacar que Emmanuelle Charpentier e Jennifer A. Doudna receberam o Prêmio Nobel de Quimica (2020) pela descoberta da “tesoura genética” representada pelo CRISPR/Cas9.

            O processo foi descoberto em bactérias (como Escherichia coli ou Streptococcus thermophilus), que o utilizam desde tempos imemoriais, para proteger-se de infecções virais. Nós, os humanos, apenas o copiamos. Com ele é possível inativar, silenciar, modificar genes existentes ou introduzir novos genes em um genoma que queremos modificar.

E na prática, como funciona?

            Para ilustrar, vamos usar um exemplo corriqueiro. Você está escrevendo um texto, usando um editor de textos. Relendo o mesmo, você julga que ficará melhor se substituir a palavra “linda” por “bonita”. Para tanto você abre o menu de edição, clica em substituir, adiciona a palavra “linda” em localizar, e coloca a palavra “bonita” em substituir por. Aí você manda substituir. Pronto, o texto continua exatamente igual ao anterior, com exceção de que “bonita” substitui “linda”.

            No sistema CRISPR/Cas9, acontece algo parecido. O DNA é como o texto que você estava editando, uma longa sequência de letras (A, T, C, G), só que escrito pela Natureza. Uma sequência específica (p. ex, G G C C G G T A), denominada de “RNA guia” funciona como o texto inserido no comando de “localizar”, indicando exatamente onde está a palavra ou trecho do genoma que precisa ser procurado, para ser modificado. A proteína Cas9 é a ferramenta de edição, que corta o DNA no ponto específico determinado. Em seguida, os cientistas podem inserir uma sequência totalmente nova, ou modificar a existente, exatamente como trocar ‘linda’ por ‘bonita’, valendo-se do mecanismo de reparo celular, por exemplo o HDR, do inglês Homology-Directed Repair (Reparo Dirigido por Homologia).

            O resultado é um genoma que permanece praticamente igual ao original, mas com uma alteração precisa e direcionada, que pode silenciar, mudar completamente a função de um gene, ou criar uma nova característica no organismo.

Editando o genoma

            Nos laboratórios científicos, um pesquisador gera uma sequência chamada “RNA guia”, que normalmente é criada por ferramentas de bioinformática computacionais, e apoio de bases de dados contidas em sites especializados. O RNA guia é colocado em um vetor, um transportador (como a Agrobacterium tumefaciens modificada para ser ferramenta de transformação genética), na região chamada T-DNA, a qual também contém a enzima Cas9.

            O vetor insere o conjunto no interior da célula e a enzima Cas9 localiza o ponto exato do genoma, efetuando um corte na sequência de nucleotídeos, que é igual à do RNA guia. Efetuada a clivagem no ponto certo, é possível corrigir, silenciar, substituir ou inserir genes, exatamente neste ponto. Para que isso ocorra, o pesquisador também juntou à Cas9 uma sequência de nucleotídeos, que se pretende colocar no lugar onde foi efetuado o corte.

            O mecanismo é o seguinte: a Cas9 produz uma quebra de dupla fita no DNA (double-strand break, DSB). A modificação genética desejada não ocorre automaticamente; ela depende dos sistemas de reparo celular do próprio organismo, que podem seguir duas vias:

1. uma via denominada NHEJ (Non-Homologous End Joining), que efetua um reparo impreciso, que tende a introduzir pequenas inserções ou deleções (indels), geralmente usada para silenciar genes; ou
2. a via HDR (Homology-Directed Repair) — reparo preciso, que exige a presença de um molde de DNA fornecido pelo pesquisador, e que é a via usada para inserir ou substituir sequências com fidelidade. Essa sequência é introduzida separadamente na célula (geralmente como DNA de fita simples ou dupla fita, ou como vetor plasmidial) e o sistema HDR da célula a usa como molde para o reparo.

            O sistema CRISPR tem evoluído constantemente, como pode ser acompanhado na revisão dos Dr. Chen e Dr. Liu (bit.ly/3TunNNn). Exemplificando, alguns dos avanços mais recentes são a edição de bases (veja em bit.ly/3UTXAIA e em bit.ly/4AbBkKp) e a edição prime (bit.ly/4xuFPNp), que permitem fazer alterações mais específicas no DNA.

Um avanço científico incomensurável

            Do ponto de vista científico, esse avanço supera a seleção natural. Enquanto mutações aleatórias podem levar muitos anos – podendo chegar a séculos - para se fixar em uma população, a edição genética permite que uma característica inédita seja incorporada em poucos meses. É como se a humanidade tivesse assumido o papel de “curadora” da evolução, direcionando-a para atender necessidades específicas. No caso da Agronomia, isso significa criar variedades mais nutritivas, resistentes a estresses bióticos ou abióticos, e adaptadas às demandas atuais ou futuras.

            Vejamos alguns exemplos de produtos já no mercado, ou de pesquisas em andamento, que ilustram como a Humanidade pode se beneficiar desta técnica:

1. Mostarda verde, desenvolvida pela empresa Pairwise, dona da marca Conscious Foods, que comercializa esta hortaliça desde 2023, modificada para remover genes de amargor, para conferir sabor mais suave, ao gosto do consumidor (bit.ly/4xoanjI);
2. Tomate rico em GABA, desenvolvido pela Sanatech Seed, no mercado consumidor desde 2021, que aumentou o teor do ácido gama-aminobutírico (GABA), o qual é associado à modulação da pressão arterial em humanos (bit.ly/4yCIV30);
3. Tomate biofortificado com provitamina D3, desenvolvido pelo John Innes Centre e pelo Norwich Research Park, por silenciamento de um gene existente no tomate, permitindo que a provitamina D3 se acumule no fruto do tomate, o qual se encontra em fase de testes clínicos (bit.ly/4h86Pw6).
4. Cultivares de arroz resistente a doenças (Magnaporthe oryzae, Xanthomonas oryzae pv. Oryzae, Rhizoctonia solani e alguns vírus), desenvolvidas por instituições chinesas, filipinas e pelo IRRI, em fase de pré-comercialização (bit.ly/4xu4DFp);
5. Milho ceroso, criado pela Corteva Agroscience, com maior teor de amido ceroso, característica desejada pela indústria de alimentos, no mercado desde 2019 (bit.ly/46kE3DB);
6. Soja tolerante à seca, cultivar não transgênica, em desenvolvimento pela Embrapa, para melhor resposta ao estresse hídrico, aprovado pela CTNBio em 2023, ainda em fase de testes (bit.ly/3Tx9He2).

            Na área nutricional, as perspectivas são entusiasmantes. Por exemplo, pode-se modificar o arroz, alimento básico para bilhões de pessoas. O arroz tradicional fornece energia, mas carece de alguns micronutrientes essenciais. Com o CRISPR, pesquisadores poderiam inserir no genoma do arroz um gene responsável pela produção de uma vitamina rara, como a vitamina K2, praticamente ausente em cereais. Essa vitamina é um nutriente essencial que regula o metabolismo do cálcio no corpo, direcionando-o para os ossos e dentes e evitando o seu acúmulo nas artérias.

            Isso teria impacto direto na saúde pública, pois populações que dependem quase exclusivamente do arroz como fonte alimentar energética passariam a consumir, diariamente, uma vitamina essencial para a saúde óssea, reduzindo os casos de osteoporose.

Avançar com segurança

            Apesar dos benefícios, existe uma enorme preocupação com a segurança das novas plantas, geradas por essa técnica. A inserção de genes novos poderia gerar efeitos inesperados.

            Se a edição genômica utilizar apenas deleção ou modificação de sequências endógenas (classificação SDN1 e SDN2, presente em muitos sistemas regulatórios), as plantas resultantes podem, de fato, ser tratadas como não-transgênicas em países como EUA, Japão, Austrália e Brasil (após regulamentação específica da CTNBio).

            No entanto, a introdução de um gene para síntese de vitamina K2 em arroz – como citado acima - implica necessariamente a inserção de material genético exógeno, o que configura a classificação SDN3, considerada transgênese pela maioria dos sistemas regulatórios do mundo, incluindo a União Europeia e o Codex Alimentarius. Essa classificação submete o produto a todo o aparato regulatório aplicado a OGMs convencionais.

            Assim, no hipotético exemplo do arroz com vitamina K2, como em qualquer outra modificação similar, os regulamentos governamentais exigem avaliar - além de manter seu rendimento agrícola - se não há impactos negativos no metabolismo e se o consumo prolongado é seguro para humanos. Ensaios clínicos e testes de campo seriam indispensáveis antes da liberação comercial.

            Garantida a segurança da nova planta, os benefícios são inegáveis. A edição genética de plantas pode combater a desnutrição em escala global. Assim como o “arroz dourado” foi criado para produzir vitamina A, o arroz com vitamina K2 seria uma nova etapa dessa jornada. A técnica poderia ser expandida para outras culturas, como milho enriquecido com vitamina D, trigo com ômega-3, mandioca com complexo B! Cada inovação representaria uma arma contra deficiências nutricionais que ainda afetam milhões de pessoas.

Os benefícios para a Humanidade

            O CRISPR, portanto, não é apenas uma ferramenta de laboratório, ele tem o potencial de um instrumento de transformação social. Ao permitir que plantas adquiram características inexistentes em seu genoma original, abre-se a possibilidade de redesenhar a agricultura e a alimentação humana. O desafio está em equilibrar inovação e responsabilidade, ciência e ética, progresso e prudência.

            Usando exatamente a mesma sequência hipotética, descrita acima, para enriquecer o arroz com vitamina K2, podemos supor diferentes vitaminas que poderiam ser inseridas em plantas via mecanismo do CRISPR, destacando seus impactos nutricionais e sociais.

Possíveis vitaminas para biofortificação de plantas

            Analisemos as possibilidades que o uso do CRISPR, para enriquecimento de alimentos com vitaminas, poderia gerar:

• Vitamina A: já validada em projetos como o arroz dourado, com impacto direto na redução da cegueira infantil.
• Vitamina D: estratégica para países com baixa insolação. Ajuda a fixar o cálcio nos ossos, prevenindo o enfraquecimento e doenças como a osteoporose, fortalece as defesas do organismo contra infecções, contribui para o bom funcionamento e a tonificação dos músculos.
• Vitamina K2: inovadora, pois quase não existe em alimentos básicos; poderia revolucionar dietas pobres, ao enriquecê-las para manter a saúde óssea.
• Vitamina B12: teria enorme impacto contra anemia, mas exige transferência de genes bacterianos, necessitando de debates éticos.
• Ômega-3: ampliaria acesso a nutrientes normalmente obtidos em peixes, ajudando populações distantes do litoral.

            Em termos de viabilidade científica e impacto social, as vitaminas A e K2 seriam as opções mais realistas a curto prazo, enquanto Vitamina D e B12 representariam fronteiras futuras da bioengenharia vegetal. Embora cada vitamina traga vantagens específicas, o seu conjunto favoreceria em muito uma oferta adequada de nutrientes para a população humana. O arroz com vitamina K2 seria pioneiro em oferecer um nutriente praticamente ausente em cereais, enquanto o trigo com vitamina D poderia combater deficiências globais ligadas à exposição solar. Já a mandioca com B12 teria impacto profundo em regiões pobres.

            Mas, os benefícios não ficariam restritos ao acima exposto, o leque é muito maior. Portanto, bem-vindo a um futuro melhor, fundamentado na melhor ciência agronômica, alicerçada em um sólido avanço científico.

O autor é engenheiro agrônomo, membro da Academia Brasileira de Ciência Agronômica e do Conselho Científico Agro Sustentável.