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DDx TEMPORADA 4 EPISÓDIO 1

Um breve histórico sobre terapia gênica e a descoberta do DNA

Resumo

Neste episódio, exploramos algumas das principais descobertas científicas – como a descoberta do DNA – que abriram as portas para o desenvolvimento da terapia gênica e seu potencial inovador no tratamento de doenças genéticas.

Não poderíamos nem imaginar o conceito de terapia gênica se uma dupla de cientistas pioneiros não tivesse se unido décadas atrás. Em 1951, uma jovem química chamada Rosalind Franklin e seu colega Maurice Wilkins, que trabalhavam no King’s College em Londres, começaram a usar a cristalografia de raios X para testar e entender as propriedades de uma molécula teórica conhecida como ácido desoxirribonucleico.

Naquela época, muitos cientistas acreditavam que todas as informações genéticas sobre os organismos vivos estavam contidas em uma molécula chamada DNA. Mas ninguém tinha descoberto exatamente o que ela era nem como ela era.

Depois de ter comparecido a uma apresentação de Franklin, James Watson – que também estava estudando o tema – associou-se a Francis Crick. Crick vinha estudando o conceito de pares de bases – a ideia de que o ácido nucleico é composto por ligações químicas não entre um, mas entre dois conjuntos de moléculas, uma apoiando a outra, assim como os dois lados de uma escada sustentam os degraus do meio. Emocionados com a sua paixão em comum, Crick e Watson em Cambridge começaram a construir modelos de possíveis estruturas de DNA, tentando descobrir como todas as peças se encaixavam.

Finalmente, os esforços de Franklin, Wilkins, Watson e Crick foram unidos e descobriu-se o DNA. Mais tarde, nos anos 70, o DNA foi transferido com sucesso de um ser vivo para outro.

Menos de 50 anos depois de Crick, Franklin, Wilkins e Watson nos mostrarem como é essa molécula, a engenharia genética nos deu a capacidade de reprogramá-la quando ela não funciona.

Os cientistas e os médicos começaram a sonhar alto: será que esta tecnologia poderia finalmente curar todas as doenças genéticas?

Ainda havia muito a ser feito. Mas, como um minúsculo plasmídeo carregado com DNA recombinante, estávamos no caminho certo.

Para mais informações sobre terapia gênica, visite www.genetherapynetwork.com.

Transcrição

DDx TEMPORADA 4 EPISÓDIO 1

Um breve histórico sobre terapia gênica e a descoberta do DNA

RAJ: Esta temporada de DDx é oferecida por Novartis Gene Therapies.


Abertura

KIM: No verão de 1990, uma menina de quatro anos chamada Ashanthi DeSilva viajou com a família para o Instituto Nacional de Saúde, ou NIH, em Bethesda, Maryland.

Foi uma saída rara para a corajosa menina.

Ashanthi nasceu com um distúrbio genético chamado Imunodeficiência Combinada Grave, ou SCID, que fazia com que seu corpo não conseguisse combater infecções. Assim, ela quase nunca saia de casa ou brincava com outras crianças. A vida dela estava sempre em risco.1,2

A maioria de nós nasce com um sistema imune saudável, em que uma enzima chamada adenosina deaminase, ou ADA, desempenha uma função importante.3

Existe um gene único e específico no nosso DNA que contém as instruções para a produção da enzima ADA e, quando a Ashanthi nasceu, esse gene tinha uma mutação: faltava uma parte das instruções. A doença normalmente era fatal. Os pais da menina estavam dispostos a tentar tudo.1,4

No hospital do NIH em Bethesda, uma equipe de geneticistas liderados pelo Dr. French Anderson teve uma ideia radical: substituir a função do gene ADA mutado de Ashanthi que causa doença por um gene saudável. Era a chamada “terapia gênica” e, embora ela tivesse sido testada antes em plantas e organismos microscópicos, nunca tinha sido tentada em humanos.1-3

A pequena Ashanthi estava prestes a ser a primeira a tentar!

Mostrar introdução

RAJ: Este é o DDx, um podcast do Figure 1 sobre como os médicos pensam. 

Sou o Dr. Raj Bhardwaj. Nesta temporada, temos conosco a coapresentadora Kim Handysides, que nos acompanhará em nosso mergulho na terapia gênica.

Hoje vamos falar sobre algumas das maiores descobertas científicas que abriram as portas para o desenvolvimento da terapia gênica e seu potencial inovador quando falamos de tratamento de doenças genéticas.

Kim explica.

Capítulo 1

KIM: Não poderíamos nem imaginar o conceito de terapia gênica se uma dupla de cientistas pioneiros não tivesse se unido décadas atrás.

Em 1951, uma jovem química chamada Rosalind Franklin, que trabalhava no King’s College em Londres, começou a usar a cristalografia de raios X para testar e entender as propriedades de uma molécula teórica, conhecida como ácido desoxirribonucleico.5,6

Naquela época, muitos cientistas acreditavam que todas as informações genéticas sobre os organismos vivos estavam contidas nessa molécula, mais conhecida como DNA. Mas ninguém tinha descoberto exatamente o que ela era nem como ela era.7,8

Franklin e seu colega do King’s College, Maurice Wilkins, estavam chegando perto da resposta. Franklin deu uma palestra naquele ano, na qual apresentou algumas das suas descobertas iniciais, que implicavam que o DNA poderia tomar a forma de uma bobina ou hélice. Na plateia estava um jovem pesquisador chamado James Watson, que dividia a mesma paixão de Franklin por resolver o enigma do DNA.9,10

Logo depois, Watson deixou Londres e foi para Cambridge, onde conheceu um estudante de pós-graduação que estava construindo modelos de estruturas proteicas para tentar entender o DNA. Seu nome era Francis Crick. Crick estudava o conceito de pares de bases — a ideia de que o ácido nucleico é composto por ligações químicas não entre um, mas entre dois conjuntos de moléculas, uma apoiando a outra, assim como os dois lados de uma escada sustentam os degraus no meio. Emocionados com a sua paixão em comum, Crick e Watson em Cambridge começaram a construir modelos de possíveis estruturas de DNA, tentando descobrir como todas as peças se encaixavam. Entretanto, em Londres, Franklin e Wilkins continuaram a usar difração de raios X para revelar a forma oculta do DNA.8,11,12

Crick e Watson estavam empacados, até Wilkins partilhar um relatório confidencial que incluía uma das imagens obtidas por difração de raios X de Franklin. A imagem, conhecida como fotografia 51, revelou um padrão de nucleotídeos de DNA na forma de uma bobina.13

Para Crick e Watson, foi um momento em que se acendeu uma luz. Finalmente, havia um modelo que marcava todos os pontos: pares de bases, sequências de repetição, uma escada em forma de bobina — o DNA tinha a forma de uma hélice dupla!7,14

Crick e Watson, com a ajuda de Franklin e Wilkins, tinham oficialmente descoberto o DNA.9

Crick e Watson receberam a maior parte da fama, mas Rosalind Franklin foi a heroína desconhecida na descoberta do DNA. Ela morreu em 1958, com apenas 37 anos, após uma batalha contra um câncer de ovário, que muitos acreditam ter sido causado pela exposição repetida a raios X.9,15

Ela fez um sacrifício muito pessoal pelo bem da ciência.

Crick, Watson e Franklin dividiram o Prémio Nobel de 1962 pelo que é considerado uma das maiores descobertas científicas do século XX. Franklin foi negligenciada, em parte porque o comitê Nobel, por tradição, não concedia prêmios póstumos. Hoje, a comunidade científica está trabalhando para restaurar a honra que ela merece.7,15

Capítulo 2

KIM: Depois de Crick e Watson nos mostrarem a estrutura do DNA, coube a uma nova geração de pesquisadores isolar segmentos específicos desse código genético e descobrir se podiam ser replicados. 

Podemos agradecer esse feito a outra dupla de cientistas e a seu vínculo improvável.

No início dos anos 70, Stanley Cohen fazia parte de uma equipe de geneticistas que estava investigando os plasmídeos na Universidade de Stanford.16,17 Cohen percebeu que os plasmídeos poderiam ser um vetor para a distribuição de qualquer gene, inclusive um que tenha sido clonado em laboratório.16

Para editar o software que executa toda a vida humana, ele tinha que encontrar uma forma de cortar um gene de um local e colá-lo em outro.

Mas Cohen ainda não conhecia o segredo para isolar um gene em particular. Ele tinha os meios para colar, mas não as ferramentas para cortar. Enquanto isso, do outro lado da cidade, na Universidade da Califórnia em São Francisco (UCSF), Herbert Boyer estava trabalhando exatamente nessa ferramenta.18

Surpreendentemente, embora seus laboratórios estivessem a apenas 48 km das Montanhas de Santa Cruz, Cohen e Boyer não se encontraram até participarem de uma conferência sobre plasmídeos no Havaí, no outono de 1972.19

Não demorou muito para eles se entrosarem: menos de um ano depois, em 1 de Novembro de 1973, Cohen e Boyer conseguiram transferir o DNA de uma forma de vida para outra.20

A engenharia genética tinha acabado de nascer. Foi outro marco na jornada rumo à terapia gênica.

Capítulo 3

KIM: Uma nova era surgiu após as grandes descobertas do início dos anos 70 em Stanford, UCSF e Johns Hopkins. Um gene mutado por acaso poderia ser corrigido pela ciência. Milhares de vidas poderiam ser salvas e outras tantas mudadas.16

Em Bethesda, no Instituto Nacional de Saúde, o geneticista W. French Anderson estava trabalhando na SCID, a imunodeficiência genética que afligia Ashanthi. Ele sabia que a doença era causada por uma variação genética específica. E, por mais rara e mortal que fosse, parecia ser uma candidata para tentar finalmente a terapia gênica em humanos.21 Com seu colega Michael Blaese, um imunologista, a dupla definiu um objetivo de clonar um gene de ADA saudável e ligá-lo a um vetor viral. Eles passaram vários anos desenvolvendo protocolos clínicos precisos para aprovação do NIH e da FDA, muito antes de conhecerem a menina de quatro anos que mudaria as suas vidas enquanto eles tentavam salvar a dela.1,4,22

Finalmente, em 1990, Anderson e Blaese conseguiram permissão para encontrar um paciente.4

Os pais de Ashanthi tiveram que fazer uma escolha: ver sua menina lutar para viver uma vida saudável ou submetê-la a uma terapia experimental audaciosa que nunca tinha sido tentada antes.

Foi uma decisão agonizante, mas o pai dela, Raj, diz que se resumiu a acreditar que a vida da sua filha poderia ser salva. A família DeSilva chegou a Bethesda em 2 de setembro. Ashanthi ficou num quarto de hospital para realizar um procedimento do tratamento.4,22

Anderson, Blaese e o colega Kenneth Culver colheram sangue de Ashanthi e isolaram os glóbulos brancos no laboratório. Eles cortaram uma seção de um gene de ADA saudável a partir do DNA recombinante e depois, usando um vetor viral, colaram na hélice do DNA das células T de Ashanthi. Finalmente, infundiram o sangue ao corpo de Ashanthi 12 dias depois e esperaram. De volta à corrente sanguínea, os novos glóbulos brancos corrigidos de Ashanthi se dividiram novamente. Eles se espalharam pelo corpo, reabastecendo a contagem de células T e substituindo a função dos genes de ADA mutantes em todas as divisões.1,22

Depois de seis meses, os níveis de ADA de Ashanthi subiram para o nível de uma criança normal e saudável.4,23

Não era uma cura. Mesmo depois do procedimento bem-sucedido, Ashanthi continuou em um programa de terapia gênica de ADA para garantir que a doença não voltasse lentamente.4,22,23

Mas era uma esperança. Era uma promessa.

Fechamento 

KIM: Menos de 50 anos depois de Crick, Franklin, Wilkins e Watson nos mostrarem como era o nosso software de DNA, a engenharia genética nos deu a capacidade de reprogramá-lo quando ele não funciona.

Os cientistas e os médicos começaram a sonhar alto: esta tecnologia poderia curar todas as doenças genéticas?24

Ainda havia muito a ser feito. Mas, como um minúsculo plasmídeo carregado com DNA recombinante, estávamos no caminho certo.

Mostrar encerramento e divulgação de patrocínio

RAJ: Agradecemos o Dr. Peter Kannu, presidente do Departamento de Genética Médica da Universidade de Alberta e especialista em medicina genômica, por compartilhar sua experiência na pesquisa deste episódio.

Este é o DDx, um podcast do Figure 1.

O Figure 1 é um aplicativo que permite que os médicos compartilhem imagens clínicas e conhecimento sobre casos difíceis de diagnosticar.

Eu sou o Dr. Raj Bhardwaj, coanfitrião e editor de histórias da DDx.

Você pode me seguir no Twitter em Raj Bhardwaj MD.

Visite “figure1.com/ddx”, onde você pode encontrar notas completas, fotos e biografias dos palestrantes.

Este episódio foi apresentado por Novartis Gene Therapies.

Obrigado por ouvirem!

Referências:

  1. Panno J. Gene Therapy: Treating Disease by Repairing Genes. Facts On File, Inc. 2005.
  2. Gene Therapy: The Comeback Kid of Hematology Treatments? ASH Clinical News. Published May 1, 2021. Accessed September 16, 2021. https://www.ashclinicalnews.org/spotlight/feature-articles/gene-therapy-comeback-kid-hematology-treatments/
  3. Whitmore KV, Gaspar HB. Adenosine Deaminase Deficiency – More Than Just an Immunodeficiency. Front Immunol. 2016;7:314.
  4. Naam R. “More than Human.” Published July 3, 2005. Accessed September 19, 2021. https://www.nytimes.com/2005/07/03/books/chapters/more-than-human.html
  5. Glynn J. The Art of Medicine: Remembering my sister Rosalind Franklin. The Lancet. 2012;379:1094-1095.
  6. Rosalind Franklin: Biographical Overview. NIH – U.S. National Library of Medicine. Accessed September 14, 2021. https://profiles.nlm.nih.gov/spotlight/kr/feature/biographical
  7. Portin P. The birth and development of the DNA theory of inheritance: sixty years since the discovery of the structure of DNA. J Genet. 2014;93(1):1-10.
  8. Francis Crick: The Discovery of the Double Helix, 1951-1953. NIH – U.S. National Library of Medicine. Accessed September 14, 2021. https://profiles.nlm.nih.gov/spotlight/sc/feature/doublehelix
  9. Elkin LO. Rosalind Franklin and the Double Helix. Phys. Today. 2003;56(3):42-48.
  10. Gann A, Witkowski J. The lost correspondence of Francis Crick. Nature. 2010;467(7315):519-524.
  11. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. Biochemistry. 5th edition. New York: W H Freeman; 2002.
  12. Francis Crick: Biographical Overview. NIH – U.S. National Library of Medicine. Accessed September 14, 2021. https://profiles.nlm.nih.gov/spotlight/sc/feature/biographical-overview
  13. Latychevskaia T, Fink HW. Three-dimensional double helical DNA structure directly revealed from its X-ray fiber diffraction pattern by iterative phase retrieval. Opt Express. 2018;26(23):30991-31017.
  14. Zanchetta G, Cerbino R. Exploring soft matter with x-rays: from the discovery of the DNA structure to the challenges of free electron lasers. J Phys Condens Matter. 2010;22(32):323102.
  15. Benderly BL. Rosalind Franklin and the damage of gender harassment. Science. Published August 1, 2018. Accessed September 20, 2021. https://www.science.org/content/article/rosalind-franklin-and-damage-gender-harassment
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  19. Russo, E. Special Report: The birth of biotechnology. Nature. 2003; 421:456–457.
  20. Cohen SN. DNA cloning: a personal view after 40 years. Proc Natl Acad Sci USA. 2013;110(39):15521-15529.
  21. Mukherjee S. The Gene: An Intimate History. Scribner. 2016.
  22. Philippidis A. Making History with the 1990 Gene Therapy Trial. Genetic Engineering & Biotechnology News. Published April 1, 2016. Accessed October 12, 2021. https://www.genengnews.com/magazine/269/making-history-with-the-1990-gene-therapy-trial/
  23. Mak T, Saunders M, Bradley J. Primer to the Immune Response, 2nd Edition. Academic Cell, 2014: 377-421.
  24. Vaiserman A, De Falco E, Koliada A, et al. Anti-ageing gene therapy: Not so far away? Ageing Res Rev. 2019;56:100977.
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