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Jennifer Doudna, uma das inventoras da revolucionária ferramenta de edição genética CRISPR, afirma que esta tecnologia ajudará o mundo a enfrentar os riscos crescentes das alterações climáticas, possibilitando a criação de plantas e animais mais adaptados a condições de calor intenso, a secas acentuadas, a altas humidades ou a instabilidades climáticas.
“O potencial é enorme,” diz Doudna, que partilhou o Prêmio Nobel de Química de 2020 pelo seu papel na descoberta. “Está a acontecer uma revolução com o CRISPR.”
No mês passado, o Innovation Genomics Institute (IGI), fundado por Doudna, foi anfitriã da Climate & Agriculture Summit na Universidade da Califórnia, Berkeley. No evento, os oradores destacaram o papel da edição genética na mitigação dos perigos crescentes das alterações climáticas. Doudna concedeu uma breve entrevista à MIT Technology Review durante o evento, que foi fechado ao público.
Ela e os seus coautores publicaram o seu artigo histórico sobre a técnica na revista Science há 12 anos, demonstrando que um sistema imunológico bacteriano poderia ser programado para localizar e remover secções específicas do ADN. Recentemente, os pacientes começaram a receber o primeiro tratamento médico aprovado com essa “tesoura genómica” — uma terapia genética para a anemia falciforme. Além disso, uma lista crescente de alimentos criados com CRISPR está a chegar gradualmente às prateleiras dos supermercados.
Muitas outras plantas e animais editados com CRISPR estão a caminho, e alguns foram alterados para promover características que os irão ajudar a sobreviver em condições impulsionadas pelas alterações climáticas, começando a cumprir uma promessa de longa data, da engenharia genética. Isto inclui a criação de duas linhagens de gado pela empresa de reprodução de precisão, Acceligen, de Minnesota, que foram editadas para ter a pelugem mais curta, sendo mais adequada para climas quentes. Em 2022, a Administração de Alimentos e Medicamentos dos EUA (FDA) determinou que carne e outros produtos derivados destes animais “apresentam um baixo risco para as pessoas, os animais, o abastecimento de alimentos e o meio ambiente” e podem ser comercializados para consumidores americanos.
Outras empresas estão a utilizar o CRISPR para desenvolver milho com caules mais curtos e resistentes, reduzindo a perda de colheitas durante tempestades mais intensas; novas culturas de cobertura que podem ajudar a reter mais dióxido de carbono e produzir biocombustíveis; e animais que podem resistir a doenças zoonóticas que as alterações climáticas podem estar a ajudar a propagar, incluindo a gripe aviária.
O IGI, por sua vez, está a trabalhar no desenvolvimento de arroz que possa resistir a condições mais secas, bem como no desenvolvimento de culturas que possam absorver e armazenar mais dióxido de carbono, o principal gás com efeito de estufa que impulsiona as alterações climáticas.
Técnicas mais antigas de modificação genética, que envolvem a transferência de genes de um organismo para outro, já geraram grandes inovações agrícolas, incluindo culturas resistentes a herbicidas, e milho, batata e soja com maior proteção contra pragas. O uso destas ferramentas para alterar culturas provocou temores de que as chamadas “Frankenfoods” agravassem alergias e causassem doenças em humanos, embora estas preocupações de saúde tenham sido amplamente exageradas.
A grande esperança é que a capacidade do CRISPR, de remover partes específicas do ADN dentro dos genomas existentes de plantas e animais, torne mais rápido e fácil criar culturas e gado resilientes ao clima, evitando muitas das limitações, das técnicas anteriores de criação e edição genética. Outra promessa é que os produtos resultantes poderão ser mais apelativos para o público, uma vez que, não conterão ADN de outros organismos — e não serão rotulados como sendo de bioengenharia. (Vale denotar que o CRISPR também pode ser usado para criar plantas e animais transgénicos.)
“É muito emocionante ver estes produtos serem lançados, porque eles têm impactos reais e extremamente importantes, especialmente à medida que lidamos com o clima em mudança e com a expansão da população,” diz Doudna, a professora de bioquímica da Universidade da Califórnia, Berkeley.
No entanto, ainda existem obstáculos consideráveis para o desenvolvimento e comercialização de novas culturas e animais transformadores, bem como limites sobre até que ponto a ferramenta poderá realmente ajudar agricultores e comunidades em regiões que se vão tornar excessivamente quentes, secas ou húmidas nas próximas décadas.
Os próximos alimentos CRISPRados
Nos últimos anos, o Departamento de Agricultura dos EUA (USDA) flexibilizou as suas regras de regulamentação e rotulagem de alimentos geneticamente modificados, abrindo caminho para muitas alterações feitas com CRISPR.
O departamento ainda supervisiona e exige divulgações para plantas e animais transgénicos. Mas determinou que não regulará alimentos quando ferramentas de edição genética, como o CRISPR, forem usadas para fazer “uma única modificação que poderia ter sido obtida por meio da reprodução convencional” durante períodos mais longos.
“Estamos apenas a fornecer uma característica que poderia ter ocorrido naturalmente,” diz Doudna sobre a distinção regulatória. “Apenas acelerámos este processo com o CRISPR.”
O USDA confirmou a empresas ou grupos de investigação que várias dezenas de culturas desenvolvidas com CRISPR estariam isentas de regulamentação, segundo uma análise de documentos públicos feita pela MIT Technology Review.
Nesse contexto, o uso do CRISPR e de tecnologias semelhantes será crucial para alimentar uma população global em crescimento sem expandir dramaticamente o uso de terras, fertilizantes e outros recursos dedicados à agricultura, afirma Chavonda Jacobs-Young, a chefe da ciência do USDA. Jacobs-Young participou numa conferência na UC Berkeley e também conversou com a MIT Technology Review.
“Precisamos de ferramentas de alta tecnologia,” afirma ela. “Estas ferramentas serão fundamentais para garantir um abastecimento de alimentos seguro, abundante, saboroso… e acessível.”
Métodos de reprodução convencionais — que incluem o cruzamento de variedades de plantas e animais ou o uso de radiação ou produtos químicos para criar mutações — são processos imprecisos. Estes podem gerar diversas mudanças ao longo do genoma que nem sempre são benéficas, exigindo muita tentativa e erro para identificar melhorias.
“O aspeto entusiasmente do CRISPR para a edição genética é que se pode fazer mudanças exatamente onde se quer,” diz Emma Kovak, a analista sénior de alimentação e agricultura no Breakthrough Institute. “É um feito incrível que poupa tempo e dinheiro.”
Apesar do poder e da precisão do CRISPR, ainda é necessário um trabalho considerável para atingir a parte correta do genoma, avaliar se as alterações trazem os benefícios desejados e, crucialmente, garantir que as edições não comprometam a saúde geral da planta ou a segurança alimentar.
As ferramentas de edição genética aprimoradas também ajudaram a reviver e acelerar a investigação necessária para entender melhor os genomas complexos das plantas, que frequentemente são várias vezes mais longos que o genoma humano. Este trabalho está a ajudar os cientistas a identificar os genes responsáveis por características relevantes e pelas mudanças que poderiam proporcionar melhorias.
Conforme a pesquisa nesta área progride, Doudna afirma que iremos ver cada vez mais culturas alteradas para aumentar a resiliência às alterações climáticas. “No futuro, à medida que descobrirmos mais sobre a genética fundamental das características, o CRISPR poderá ser muito prática para criar o tipo de planta que enfrentará estes desafios iminentes,” afirma ela.
Plantas práticas e vacas sustentáveis
Os esforços do IGI para desenvolver um tipo de arroz mais tolerante à seca ilustram tanto o potencial como os desafios futuros.
Diversos grupos de investigação usaram o CRISPR para desativar um gene que influencia a quantidade de pequenos poros nas folhas das plantas. Esses poros, conhecidos como estômatos, permitem que o arroz absorva dióxido de carbono, libere oxigênio e elimine água para regular a sua temperatura. A expectativa é que, com menos estômatos, as plantas possam reter mais água para sobreviver e crescer em condições mais secas.
Mas esse equilíbrio tem se mostrado complicado. Em investigações anteriores, eliminaram o chamado gene STOMAGEN, eliminando cerca de 80% dos poros, o que de facto reduziu a perda de água. Porém, também prejudicou a capacidade das plantas de absorverem dióxido de carbono e libertarem oxigénio, ambos essenciais para a fotossíntese.
Os investigadores do IGI focaram num gene diferente, o EPFL10, que teve um efeito menos radical, reduzindo o número de poros em cerca de 20%. Segundo estudos publicados pelo grupo, esta modificação ajudou as plantas a preservar água, mas não afetou a sua capacidade de regular a temperatura ou realizar trocas gasosas.
“Estas modificações elevam a cultivação de plantas a um novo patamar,” afirma Doudna sobre o CRISPR. “Podemos ajustar a quantidade desses poros, aumentando ou diminuindo certos genes… para níveis que realmente sustentem o crescimento da planta e permitam que os agricultores produzam arroz com a qualidade e o rendimento que precisam, mas sem a perda de água.”
A organização também explora formas como o CRISPR poderia atuar de maneira mais direta nas alterações climáticas, incluindo um programa de investigação que visa reduzir o metano expelido pelo gado, que é a principal fonte de emissões de gases com efeito de estufa relacionadas com a criação de gado.
O IGI está a colaborar com investigadores da Universidade da Califórnia, com Davis, e com outras instituições para investigar se o CRISPR e outras ferramentas emergentes podem ser usadas para modificar microrganismos no estômago do gado, de modo a reduzir a produção desse poderoso gás com efeito de estufa.
Diversos grupos de investigação e startups trabalham na redução destas emissões por meio de aditivos alimentares, geralmente derivados de algas. No entanto, a expectativa é que as mudanças no microbioma dos bovinos sejam permanentes e hereditárias, afirma Brad Ringeisen, o diretor-executivo do IGI.
“Se tivermos sucesso, isto poderia ser aplicado a quase todas as vacas do mundo,” diz ele.
Rotulagem e segurança
Kovak afirma que ainda existem muitos desafios que podem atrasar o desenvolvimento de animais e plantas editados com CRISPR, incluindo os obstáculos regulatórios para produtos que introduzem ADN estrangeiro ou modificações mais complexas. Os direitos de propriedade intelectual da ferramenta e das suas variantes emergentes, e os custos e requisitos que as empresas precisam de arcar para utilizar a tecnologia, também dificultam o progresso.
Mesmo a Doudna já esteve no centro de uma disputa complexa e amarga com o Broad Institute sobre a titularidade das principais patentes do CRISPR. (O Broad é afiliado ao MIT, que é proprietário da MIT Technology Review.) Cada grupo assegurou diversas patentes em vários países para certos aspetos e variedades da ferramenta.
As disputas legais em andamento criaram uma complexidade e incerteza para empresas que desejam utilizar o CRISPR para desenvolver produtos comerciais.
Doudna fundou ou cofundou várias startups, incluindo a Caribou Biosciences, que sublicenciou o acesso a certas patentes do CRISPR para utilizações como a agrícola. Ela não respondeu a perguntas sobre esta questão antes do fecho da edição.
“Embora tenhamos visto muito progresso num tempo relativamente curto, o controlo das diversas patentes do CRISPR, pelas poucas entidades, às vezes desacelerou ou impediu que alguns produtos agrícolas chegassem ao mercado,” afirmou Ringeisen, do IGI, numa resposta por e-mail.
No entanto, ele acrescenta que há progresso contínuo na descoberta e uso de ferramentas de edição genética relacionadas que não estão presas a patentes.
Entretanto, os retalhistas de alimentos naturais, os céticos em relação organismos geneticamente modificados e outros têm criticado duramente a posição do USDA relativamente à regulamentação e rotulagem de alimentos geneticamente alterados, afirmando que as culturas alteradas causaram consequências ambientais prejudiciais e que as regras não fornecem transparência suficiente para que os consumidores tomem decisões informadas sobre os alimentos que compram e consomem.
Doudna enfatiza a importância do uso cauteloso do CRISPR e ferramentas semelhantes, mas acredita que os EUA encontraram o equilíbrio certo na sua abordagem à regulamentação e rotulagem.
“A regulamentação é realmente fundamentada na ciência,” diz ela. “Em vez do foco ser a forma como determinada planta ou cultura foi criada, a pergunta é: Qual é o produto final?”
Ela afirma que o IGI tem se esforçado para atuar como uma “voz da razão” nestas questões, ajudando a conter medos e mal-entendidos, fornecendo informações científicas sobre como o CRISPR pode ser usado para tratar doenças humanas, ajudar agricultores a adaptarem-se às alterações climáticas ou a enfrentar outras ameaças à vida das pessoas.
“Desde o início, ficou claro que esta seria uma ferramenta poderosa que poderia ser mal compreendida e mal utilizada,” diz ela. “Mas também tem um potencial tremendo para nos ajudar a enfrentar muitos destes desafios.”
James Temple