Vírus que carrega grandes quantidades de DNA pode avançar as terapias genéticas

Um vírus¹ modificado que mata bactérias, conhecido como fago, pode fornecer muito mais DNA às células² humanas do que é possível com as técnicas existentes. Essa capacidade pode levar a grandes avanços nas terapias celulares e genéticas, permitindo que alterações mais sofisticadas sejam feitas nas células² em uma única etapa. As descobertas foram publicadas na revista Nature Communications.

O vírus¹ modificado pode transportar cadeias de DNA de até 171.000 pares de bases – cerca de 20 vezes mais do que os maiores vírus¹ existentes usados para terapias genéticas. Além desse DNA, ele pode carregar mais de 1.000 outras moléculas, como RNAs e proteínas³, diz Venigalla Rao, da Universidade Católica da América, em Washington DC, EUA.

“Podemos combinar tudo isso em uma partícula e ser capazes de apontar não apenas para a terapia, mas potencialmente para a cura”, diz Rao.

Um número crescente de tratamentos envolve a modificação de células² dentro ou fora do corpo, mas entregar os componentes necessários às células² continua sendo um grande desafio.

Por exemplo, algumas pessoas têm uma condição que causa fraqueza muscular progressiva, chamada distrofia⁴ muscular de Duchenne, devido a mutações em um gene para uma proteína chamada distrofina. Os esforços para desenvolver terapias genéticas para a doença foram frustrados pelo fato de que um DNA de cerca de 11.000 pares de bases é necessário para produzir a proteína distrofina em tamanho real – mais do que cabe nos vírus¹ existentes.

Em um experimento, a equipe de Rao entregou um gene da distrofina para células² humanas crescendo em cultura e mostrou que as células² produziam a proteína em tamanho real.

Em outro experimento, a equipe entregou múltiplas moléculas para células² humanas ao mesmo tempo, permitindo que elas editassem vários genes, desligassem outros genes e fizessem cada célula⁵ produzir várias proteínas³, tudo ao mesmo tempo.

Leia sobre "Genética - conceitos básicos" e "Mutações genéticas".

O vírus¹ de entrega modificado é baseado em um bacteriófago T4 que geralmente infecta apenas tipos específicos de bactérias. Graças aos estudos da equipe de Rao e de outros grupos de pesquisa, o vírus¹ T4 é tão bem compreendido que pode ser substancialmente alterado e personalizado.

Em particular, a equipe de Rao adicionou um revestimento que faz com que o vírus¹ seja engolfado por células² humanas e, dessa forma, coloque sua carga dentro delas.

Esses vírus¹ modificados também serão muito mais fáceis e baratos de fabricar do que os vírus¹ atualmente usados para terapia genética, diz Rao, pois não precisam ser cultivados em células² humanas.

Porém, Rao e seus colegas ainda não demonstraram que os vírus¹ podem ser usados para entregar genes às células² em corpos, diz Jeffrey Chamberlain, da Universidade de Washington em Seattle, EUA, cuja equipe está tentando desenvolver terapias genéticas para a distrofia⁴ muscular de Duchenne dividindo o gene entre vários vírus¹.

“No entanto, os primeiros dados são encorajadores e será interessante acompanhar os desenvolvimentos futuros”, diz Chamberlain. Há uma grande necessidade de sistemas adicionais que distribuam terapias genéticas em várias células² e órgãos do corpo, diz ele.

Pode ser necessário muito trabalho extra para fazer o vírus¹ funcionar bem no corpo das pessoas, diz Rao, mas ele acha que é viável. Mais imediatamente, o vírus¹ modificado poderia ser usado para alterar células² fora do corpo para tratar pessoas.

Por exemplo, alguns tipos de câncer⁶ agora são tratados pela modificação de células² imunológicas para atingir tumores. Isso geralmente envolve várias etapas: primeiro usar um vírus¹ para fornecer um gene de direcionamento e, em seguida, fazer alterações adicionais, fornecendo componentes de edição de genes separadamente. O resultado é uma mistura de células² que nem todas apresentam as alterações desejadas, o que as torna menos eficazes quando injetadas em uma pessoa com câncer⁶.

Ser capaz de fornecer o gene de direcionamento e os componentes de edição de genes em um único vírus¹ melhoraria muito o processo.

No artigo publicado, os pesquisadores descrevem o desenvolvimento de vetores virais artificiais baseados em bacteriófago T4 para remodelação do genoma humano.

Eles argumentam que desenvolvimento de vetores virais artificiais (VVAs) programados com biomoléculas que podem entrar em células² humanas e realizar reparos moleculares terá amplas aplicações.

No estudo, é descrita uma abordagem de linha de montagem para construir VVAs pela engenharia dos componentes estruturais bem caracterizados do bacteriófago T4.

Começando com um invólucro de capsídeo de 120 × 86 nm que pode acomodar DNA de 171 Kbp e milhares de cópias de proteínas³, várias combinações de biomoléculas, incluindo DNAs, proteínas³, RNAs e ribonucleoproteínas, são incorporadas externamente e internamente. As nanopartículas são então revestidas com lipídios catiônicos para permitir a entrada eficiente nas células² humanas.

Como prova de conceito⁷, montou-se uma série de VVAs projetados para fornecer o gene da distrofina completo ou realizar várias operações moleculares para remodelar o genoma humano, incluindo edição do genoma, recombinação de genes, substituição de genes, expressão de genes e silenciamento de genes.

Esses VVAs baseados em fagos, de grande capacidade, personalizáveis, multiplexados e multifuncionais representam uma categoria adicional de nanomaterial que poderia potencialmente transformar as terapias genéticas e a medicina personalizada.

Veja também sobre "O que são vírus¹" e "Exame genético".

Fontes:
Nature Communications, publicação em 30 de maio de 2023.
New Scientist, notícia publicada em 30 de maio de 2023.