Sistemas CRISPR-CAS: diversidad estructural, mecanismos endógenos y potenciales biotecnológicos
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Data
2026-01-13
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Resumo
A descoberta dos sistemas CRISPR-Cas impulsionou o desenvolvimento de ferramentas avançadas para edição genética e detecção de ácidos nucleicos, transformando profundamente os procedimentos de engenharia celular e metabólica e abrindo novas possibilidades na biotecnologia moderna. Este trabalho descreve em detalhe os sistemas imunológicos procariotos CRISPR-Cas, considerando sua diversidade estrutural e funcional, bem como sua classificação filogenética e evolutiva. São apresentados os mecanismos de ação correspondentes aos módulos de adaptação, expressão e interferência, destacando como essas etapas coordenadas permitem o reconhecimento, o processamento e a eliminação de material genético exógeno. Além disso, aprofunda-se a análise das proteínas Cas envolvidas na defesa CRISPR, com uma descrição de suas funções, domínios estruturais e particularidades mecanísticas que determinam a especificidade e a eficiência de cada sistema. O trabalho também aborda as aplicações biotecnológicas derivadas dos diferentes tipos e subtipos de CRISPR-Cas, evidenciando seu impacto na melhoria de cultivos, no desenvolvimento de novas terapias gênicas e celulares e na implementação de plataformas de diagnóstico molecular de alta sensibilidade. Revisam-se ainda as variantes descobertas nos últimos anos, analisando seu potencial para expandir o repertório de ferramentas de edição e detecção. Essas inovações são discutidas no contexto de sua possível origem evolutiva, relacionando-as a mecanismos ancestrais associados a elementos genéticos móveis e à dinâmica evolutiva dos procariotos. Por fim, examina-se como os avanços paralelos em bioinformática, genômica e análise estrutural têm acompanhado e potencializado o desenvolvimento de tecnologias derivadas de CRISPR, permitindo uma caracterização mais precisa de novas proteínas Cas e aprimorando o desenho racional de sistemas de edição. O resumo conclui com uma reflexão sobre os desafios éticos, regulatórios e legais associados à adoção generalizada dessas tecnologias, ressaltando a importância de seu uso responsável e de um marco normativo adequado.
Resumen
El descubrimiento de los sistemas CRISPR-Cas impulsó el desarrollo de herramientas avanzadas para la edición genética y la detección de ácidos nucleicos, transformando profundamente los procedimientos de ingeniería celular y metabólica, abriendo nuevas posibilidades en biotecnología moderna. En este trabajo se describen en detalle los sistemas inmunológicos procariotas CRISPR-Cas, atendiendo a su diversidad estructural y funcional, así como a su clasificación filogenética y evolutiva. Se exponen los mecanismos de acción correspondientes a los módulos de adaptación, expresión e interferencia, enfatizando cómo estas etapas coordinadas permiten el reconocimiento, procesamiento y eliminación de material genético exógeno. Asimismo, se profundiza en las proteínas Cas implicadas en la defensa CRISPR, con una descripción de sus funciones, dominios estructurales y particularidades mecanísticas que determinan la especificidad y eficiencia de cada sistema.El trabajo también aborda las aplicaciones biotecnológicas derivadas de los distintos tipos y subtipos de CRISPR-Cas, destacando su impacto en la mejora de cultivos, el desarrollo de nuevas terapias génicas y celulares, y la implementación de plataformas de diagnóstico molecular de alta sensibilidad. Se revisan además las variantes descubiertas en los últimos años, analizando su potencial para expandir el repertorio de herramientas de edición y detección. Estas innovaciones se discuten en el marco de su posible origen evolutivo, relacionándolas con mecanismos ancestrales vinculados a elementos genéticos móviles y con la dinámica evolutiva de los procariotas. Finalmente, se examina cómo los avances paralelos en bioinformática, genómica y análisis estructural han acompañado y potenciado el desarrollo de tecnologías derivadas de CRISPR, permitiendo una caracterización más precisa de nuevas proteínas Cas y mejorando el diseño racional de sistemas de edición. El resumen concluye con una reflexión sobre los desafíos éticos, regulatorios y legales asociados a la adopción generalizada de estas tecnologías, subrayando la importancia de su uso responsable y de un marco normativo adecuado.
Abstract
The discovery of CRISPR-Cas systems drove the development of advanced tools for genome editing and nucleic acid detection, profoundly transforming cellular and metabolic engineering procedures and opening new possibilities in modern biotechnology. This work provides a detailed description of prokaryotic CRISPR-Cas immune systems, addressing their structural and functional diversity as well as their phylogenetic and evolutionary classification. The mechanisms of action corresponding to the adaptation, expression, and interference modules are presented, emphasizing how these coordinated stages enable the recognition, processing, and elimination of foreign genetic material. Further attention is given to Cas proteins involved in CRISPR defense, including a description of their functions, structural domains, and mechanistic particularities that determine the specificity and efficiency of each system. The study also discusses the biotechnological applications derived from the different CRISPR-Cas types and subtypes, highlighting their impact on crop improvement, the development of new gene and cell therapies, and the implementation of high-sensitivity molecular diagnostic platforms. Recent variants discovered in the last years are reviewed, analyzing their potential to expand the repertoire of editing and detection tools. These innovations are examined within the framework of their possible evolutionary origins, linking them to ancestral mechanisms associated with mobile genetic elements and to the evolutionary dynamics of prokaryotes. Finally, the work explores how parallel advances in bioinformatics, genomics, and structural analysis have supported and enhanced the development of CRISPR-derived technologies, enabling more precise characterization of novel Cas proteins and improving the rational design of editing systems. The summary concludes with a reflection on the ethical, regulatory, and legal challenges associated with the widespread adoption of these technologies, underscoring the importance of responsible use and an appropriate regulatory framework.
Descrição
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Latino-Americano de Ciências da Vida e da Natureza da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Biotecnologia.
Palavras-chave
genética, sistema imunológico, inovações tecnológicas, proteínas Cas