fPE7max abre a caixa-preta dos fungos com edição prime e revela novas moléculas

Cientistas passaram décadas - e gastaram bilhões de dólares - decifrando genomas de animais e culturas agrícolas. Enquanto isso, os fungos ficaram, em grande parte, em segundo plano.

Em geral, esse reino só chama atenção quando embolora o pão ou se instala entre os dedos dos pés de alguém. O desinteresse é curioso, considerando tudo o que os fungos já entregaram à humanidade.

Fungos construíram a medicina moderna

A penicilina nasceu de um mofo. As estatinas, medicamentos contra o colesterol usados por milhões de pessoas, também têm origem na química produzida por fungos.

“Esse descaso é meio surpreendente, considerando como os fungos moldaram a medicina moderna”, disse Xue Gao, engenheira química e biomolecular na University of Pennsylvania.

“Da descoberta fortuita da penicilina às estatinas que reduzem o colesterol, devemos muitos avanços recentes em longevidade à química fúngica. Mas, apesar disso, a vasta maioria do reino dos fungos continua sendo uma caixa-preta.”

Por que mofos de laboratório ficam silenciosos

Uma parte do problema está no próprio fungo. Na natureza, mofos ativam vias genéticas que produzem armas químicas para se defender de bactérias.

Quando o mesmo fungo vai para uma placa de laboratório limpa, essas vias se calam. Como nada o ataca, ele para de fabricar justamente os compostos que os pesquisadores querem encontrar.

Para acessar essas rotas escondidas, é preciso reescrever genes que as mantêm “travadas”. Por anos, esse tem sido o ponto mais frustrante.

“Para religar essas vias silenciosas, precisávamos de uma forma poderosa de manipular com precisão o genoma dos fungos, como editar seus genes reguladores mestres, mas as ferramentas tradicionais não davam conta da tarefa”, afirmou Gao.

Nova ferramenta de edição genética em fungos

Há mais de uma década, o CRISPR-Cas9 é o nome mais conhecido em edição genética. Porém, em mofos com filamentos, ele se comporta mais como uma marreta do que como um bisturi.

Ele corta as duas fitas do DNA, e a célula conserta o dano de maneira imprecisa. Isso gera uma mistura de inserções e deleções indesejadas, capaz de comprometer um experimento feito com cuidado.

Uma abordagem mais recente, chamada edição prime, evita por completo essas quebras duplas. Em vez disso, reescreve o código genético letra por letra, com controle muito mais fino.

Até agora, ninguém tinha conseguido fazer a edição prime funcionar em fungos filamentosos. Gao e sua equipe na Penn criaram uma versão que funciona e a batizaram de fPE7max.

Dois problemas, duas soluções

Para chegar a esse resultado, foi necessário destravar dois obstáculos persistentes. O primeiro era o da fragilidade das “instruções”.

A edição prime depende de um guia de RNA, que indica ao sistema onde agir e o que escrever. Quando a alteração é grande, esse guia precisa ser longo - e guias longos costumam se degradar antes de o trabalho terminar.

A resposta do grupo foi uma proteína chamada fLa. Ela envolve esse RNA delicado e o protege, permitindo que a ferramenta execute grandes inserções e deleções que quebrariam sistemas menos robustos.

Uma versão inicial usou essa proteína de origem humana, mas ela falhou dentro das células fúngicas. Trocar para a versão da própria espécie de fungo mudou tudo.

O segundo obstáculo era o fungo “resistir” à edição. Seu sistema natural de reparo enxerga cada mudança recém-introduzida como erro e a desfaz.

Por isso, os pesquisadores adicionaram uma segunda proteína, capaz de atenuar temporariamente esse mecanismo de correção.

Com as duas soluções atuando em conjunto, o fPE7max alcançou uma precisão de edição próxima de 90% e se manteve confiável em muitos genes e em várias espécies.

Removendo os “freios” genéticos dos fungos

A seguir veio a parte mais elegante do estudo. A equipe direcionou a ferramenta para um gene regulador mestre chamado laeA.

Esse único gene comanda redes amplas de produção química. Ao alterá-lo, dezenas de vias a jusante reagem.

Logo antes do laeA, existem pequenas sequências genéticas que funcionam como um freio.

Em vez de mexer diretamente no laeA, os pesquisadores usaram o fPE7max para remover esse freio com precisão milimétrica.

Sem a trava, o laeA foi intensificado. Conjuntos de genes antes adormecidos passaram a se expressar, e compostos desconhecidos começaram a surgir em fungos que nunca os produziam em condições de laboratório.

A mesma estratégia funcionou em mofos bem distantes na árvore genealógica dos fungos. Essa amplitude sugere que o método pode ser aplicado em larga escala dentro do reino.

Moléculas fúngicas ocultas são reveladas

O retorno foi expressivo.

“Nós isolamos 18 moléculas complexas distintas, oito das quais apresentavam estruturas químicas totalmente novas para a ciência”, disse Chunxiao Sun, pesquisador de pós-doutorado no Laboratório de Gao.

“Dessas moléculas reveladas, três exibiram propriedades promissoras contra o câncer. Elas podem servir como compostos líderes para o tratamento de doenças, oferecendo uma nova e vital via para a descoberta de medicamentos”, afirmou Sun.

Várias das descobertas pertenciam a uma família química chamada piranonigrinas. Algumas traziam blocos de construção jamais vistos incorporados à estrutura central desse grupo.

Três que atacam células cancerosas

Primeiro, a equipe avaliou os novos compostos contra bactérias comuns e leveduras. Nesses testes, nenhum deles mostrou efeito relevante.

Em células humanas de câncer, o cenário mudou de forma marcante. Uma molécula apresentou toxicidade seletiva para células de câncer de mama, fígado e leucemia, enquanto deixou outras células praticamente intactas.

Detalhes estruturais mínimos se mostraram decisivos. Uma única cadeia lateral contendo enxofre pareceu determinar se a molécula conseguia matar células cancerosas ou se não fazia nada.

Quando essa característica era removida, a atividade desaparecia. Esse tipo de pista ajuda químicos a entender o que faz um composto funcionar - e como ele pode ser aprimorado.

Para onde isso pode levar

O resultado aponta para uma reserva muito maior, à espera a céu aberto. Mais de 90% dos agrupamentos de genes em fungos ainda não foram caracterizados, o que significa que um enorme estoque de química permanece sem exploração.

“É uma demonstração convincente de conceito de que a próxima geração de terapêuticos capazes de salvar vidas talvez já exista na natureza”, disse Gao.

Agora, o grupo quer direcionar o fPE7max a muitas outras espécies de fungos.

A ideia é aposentar o método antigo de caça ao tesouro - vasculhar fungos selvagens contando com um golpe de sorte - e substituí-lo por um processo sistemático e reproduzível.

Para um ramo da biologia que foi ignorado por tanto tempo, isso representa uma mudança real. A caixa-preta, enfim, começa a se abrir.