Genetik Mucizesi CRISPR-Cas9

CRISPR-Cas9, bilim dünyasında heyecan yaratan bir genom düzenleme aracıdır. Daha önceki tekniklerden daha hızlı, daha ucuz ve daha yüksek doğruluklu olup, geniş bir potansiyel uygulama yelpazesi vardır.

Nedir Bu CRISPR-Cas9?
• CRISPR-Cas9 genetikçilerin ve tıp araştırmacılarının, genomun çeşitli kısımlarına ekleme, çıkarma ya da DNA dizilimininde değişim yapmalarına olanak tanıyan özgün bir teknolojidir.
• Şu anda varolan en basit, çok yönlü ve duyarlı genetik manipülasyon yöntemi olduğundan, bilim dünyasında büyük ilgi görmektedir.
Nasıl İşliyor?
• CRISPR-Cas9 sistemi, DNA’da değişiklik (mutasyon) yaratan iki önemli molekülden oluşur:
1. Cas9 adlı bir enzim: Genomun belirli yerlerinden iki DNA iplikçiğini kesebilen “moleküler bir makas” görevi görür. Böylece DNA parçaları eklenebilir veya çıkarılabilir.
2. Rehber RNA (İng. guide RNA – gRNA) denilen bir RNA parçası: Daha uzun bir RNA iskeletin içindeki, önceden tasarlanmış küçük (yaklaşık 20 bazlık) bir RNA diziliminden oluşur. Uzun RNA iskeleti DNA’ya bağlanır ve önceden tasarlanmış dizilim Cas9’un genomun doğru noktasına gitmesine rehberlik eder. Böylece Cas9 enzimi doğru yerleri keser.
• Rehber RNA, DNA’daki belirli bir dizilimi bulup bağlanmak için tasarlanır. Rehber RNA, genomdaki hedef DNA diziliminin bütünleyici RNA bazlarına sahiptir. Bunun anlamı, en azından kuramsal olarak, rehber RNA’nın genomda sadece hedef dizilime bağlanacağı demektir.
• Cas9 rehber RNA’yı izleyerek, DNA’da ilgili yere gider ve DNA’nın iki iplikçiğinde de kesik oluşturur.
• Bu aşamada hücre DNA’nın hasar gördüğünü fark eder ve onarmaya çalışır.
• Bilimciler DNA onarım mekanizmasını kullanarak, ilgilendikleri hücrenin bir ya da birden fazla geninde değişiklik yapabilirler.

Nasıl Geliştirildi?
• Bazı bakterilerin bünyelerinde CRISPR-Cas9 sistemine benzer bir gen düzenleme sistemi bulunur. Bakteriler bu sistemi işgalci patojenlere, örneğin virüslere karşı yanıt olarak kullanır; yani bir bağışıklık sistemi gibi.
• CRISPR kullanarak, bakteriler virüs DNA’sından parçalar çıkarırlar ve bir daha saldıracak olursa virüsü tanımalarına ve savunmaya geçmelerine yardımcı olması için birazını saklarlar.
• Bilimciler bu sistemi hayvan hücrelerinde kullanılacak şekilde uyarlıyor.

Genleri Değiştirmek İçin Başka Hangi Teknikler Var?
• DNA’da oluşan değişikliklerin sonuçlarını inceleyerek, bilimciler yıllar içinde genetik ve gen işlevi hakkında çok şey öğrendi.
• Bir gen üzerinde değişklik yapılabilirse, değişikliğin etkileri incelenerek, genin işlevinin ne olduğu hakkında fikir edinilebilir.
• Uzun süre boyunca, genetikçiler mutasyon yaratmak için ışınım veya kimyasal kullandı. Ancak mutasyonun genomun neresinde oluşacağını kontrol edemiyorlardı.
• Son yıllarda ise genetikçiler genomdaki belirli yerleri değiştirmek için genlerin bütününü veya bazları ekleyip çıkararak, “gen hedefleme” yapıyor.
• Geleneksel gen hedefleme, genleri ve genetiği incelemek için çok değerli olmakla birlikte, bir mutasyon yaratması uzun sürüyor ve oldukça da pahalı.
• Gen hedefleme yöntemlerini iyileştirmek için son zamanlarda çeşitli “gen düzenleme” teknolojileri geliştirildi. Bunlara CRISPR-Cas sistemleri, yazım etkinleştirici benzeri etkileyici nükleazlar (TALEN’ler) ve civa parmaklı nükleazlar (ZFN’ler) bulunuyor.
• CRISPR-Cas9 sistemi şu anda genleri düzenlemek için en hızlı, ucuz ve güvenilir sistem olarak öne çıkıyor.

Uygulamaları ve Vaatleri Neler?
• CRISPR-Cas9 genetik bileşeni olan çok sayıda tıbbi rahatsızlığın (kanser, hepatit B ve hatta yüksek kolesterol) tedavisinde kullanılmak için yüksek potansiyele sahip.
• Önerilen uygulamaların çoğu somatik (bedensel) hücrelerin genomlarının düzenlenmesi ile ilgili olsa da, üreme hücrelerinin (İng. germline) düzenlenme potansiyeline ilişkin ilgi ve tartışma da sürüyor.
• Üreme hücreleri üzerinde yapılacak değişiklikler nesilden nesile aktarılacağı için olayın ahlaki bir boyutu var.
• Üreme hücreleri üzerinde gen düzenleme yapmak, şu anda Birleşik Krallık da dahil dünyanın pek çok ülkesinde yasa dışı.
• Bedensel hücreler üzerinde CRISPR-Cas9 veya diğer gen düzenleme teknolojilerinin kullanımında ise herhangi bir sıkıntı yok. Zaten az sayıda da olsa, ölümcül durumlarda tedavi için kullanıldılar.
•
•
Araştırma Devrimi:
Biyologlar uzun yıllardır moleküler araçları kullanarak genom üzerinde değişiklikler yapabilmekteler. Yaklaşık on yıl önce keşfedilen “zinc finger nükleaz” enzimi ile bu değişiklileri doğru bir şekilde yapabilmek araştımacıları heyecanlandırmıştı. Dr. Haber her ne kadar bu enzimin etkisi harika olsa da 5.000 dolara varan mailiyet ve uygulamalarının kolay olmaması sebebiyle araştırmacılara ağır bir külfet getirdiğini belirtiyor. Fakat CRISPR bundan çok farklı çalışıyor. Cas9 adı verilen enzime dayanan bu teknik ile RNA molekülü hedeflenen DNA bölgesine yönlendirilip hedeflenen genlerin silinmesi veya eklenmesi sağlanıyor. Araştırmacıların tek ihtiyaç duyduğu RNA parçacığını sipariş etmek. Diğer bileşenler herhangi bir laboratuvarda çok rahat bir şekilde bulunabilecek türden. Bu teknolojinin tüm maaliyet 30 dolar civarında, bu her laboratuvarın bu teknolojiye ulaşmasını sağlaması açısından çok adil bir gelişme. Dr. Haber bunun büyük bir devrim olduğunu belirtiyor.

CRISPR diğer gen düzenleme metodlarının modasını kısa sürede bitirdi. Dr. Skarnes, bu teknolojin etkisinden dolayı büyük bir şaşkınlık ve heyecan yaşadığını belirtiyor. Dr. Skarnes kariyerini her ne kadar maaliyetli ve zaman alan bir iş olsa da embriyonik kök hücrelere gen ekleyerek genetiği değiştirilmiş deney hayvanları elde etmeye harcamış birisi olarak; son 2 yıldır CRISPR teknolojisi ile laboratuvarının tanışmasından son derece memnun.
Bu konunun bakterilere olan hayranlıktan daha önemli yanı ise bu sürecin benzerini kullanarak insanlar dahil diğer canlıların genetik dizilerini kontrol edip edemeyeceğimiz. Peki nasıl? Normal şartlarda bir hücre, kendi DNA’sını benzer bir sistemle kestiğinizde, hasar olduğunu fark edecek mekanizmalara sahiptir. Söz konusu mekanizmalar devreye girerek DNA’yı onarmaya başlar. Bu da bilim insanlarının iki şekilde işine yaramaktadır.
Birincisi, işlevini bulmaya çalıştıkları bir genin bulunduğu bölgeye uygun bir rehber RNA kullanarak ilgili gen bölgesini kesebilirler. Bu işlem sonucunda ortaya çıkan boşluk DNA onarım mekanizmaları tarafından doldurulurken mutasyon açığa çıkma olasılığı yüksektir. Bilim insanları onarılmış ama mutasyonlardan dolayı etkisiz hale gelmiş gene sahip bu DNA ile biyolojik aktivitelerine devam eden hücredeki anormallikleri gözlemleyerek, tersten yol alıp ilgili genin rolü hakkında bir sonuç çıkarabilirler.
İkinci durum ise, mutasyonu bilinen bir DNA bölgesi kesildiğinde bu bölgede açığa çıkan boşluğu dolduracak bir tek zincirli DNA molekülünü ortama bırakmaktır. Böylece bu DNA parçası açılan boşluktan hedef DNA’ya bağlanıp istenilen normal genin aktarılmasını sağlar. Bu yöntem, CRISPR gen düzenleme teknolojisinin genetik hastalıkların tedavisinde büyük bir kapı açabileceği anlamına geliyor. Düşünsenize, hatalı genleri yenileri ile değiştirmek güzel olmaz mıydı?
O halde bunu insanlarda uygulamaktan bilim insanlarını alıkoyan nedir? İşte tartışmaların başladığı nokta tam da burası. DNA onarım mekanizmaları hata yapma eğilimli süreçler olduğu için bu yöntemin kansere yol açma ihtimali tartışılan noktaların başında geliyor. Özelikle hedef bölgenin uzağında gerçekleşebilen mutasyonlar olma ihtimali kaş yaparken göz çıkarılmasın diye araştırılıyor. Yine de CRISPR’ın şimdilik daha küçük çaplı uygulamalarda kullanılmasını engelleyen bir durum olmadığını da not etmekte fayda var.