Mikroorganizmalardan Doğan Bir Genom Düzenleme Aracı: CRISPR

Artık genomlara hükmedebilirsin! 21.yüzyılın genetik mucizesi CRISPR, mikroorganizmalardan doğan bir genom düzenleme tekniği. Devamı yazıda!

2014'ün bir Kasım akşamında Jennifer Doudna, şık siyah bir gece elbisesi giydi ve NASA'nın 1932'de inşa edilen Ames Araştırma Merkezi'ndeki Hangar One isimli binaya doğru yola çıktı. Berkeley Üniversitesi'nde bir biyokimyacı olan Doudna ve Almanya'daki Helmholtz Enfeksiyon Araştırma Merkezi'nden sorumlu Emmanuelle Charpentier, CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats) olarak bilinen ve DNA'yı düzenlemek için devrim niteliğinde bir araç olan keşifleri için 3 milyon dolarlık ödülün sahibi oldular.

Hikâye 2012'de başlamıştı. Doudna, Charpentier ve meslektaşları CRISPR'ın potansiyelini gözler önüne serdi. Mikroorganizmaya girebilecek ve DNA'sını istenilen yerden kesebilecek moleküller hazırladılar. Ocak 2013'te bilim insanları bir adım daha ileri gitti: İnsan hücrelerinde belirli bir DNA parçasını kesip yerine istedikleri parçayı koymayı başardılar. Aynı zaman diliminde, Harvard Üniversitesi ve Broad Enstitüsü'ndeki ayrı bir ekip, bu gen düzenleme aracı ile benzer bir başarı bildirdi. Bilimsel bir patlama başladı ve son 4 yıl içerisinde araştırmacılar CRISPR/Cas9 sistemi ile yüzlerce deney gerçekleştirdi.

Genom düzenleme-İnsan-Hastalıklar

Bitki bilimciler, bitkilerde genleri düzenlemek için CRISPR/Cas9'ı denediler ve daha iyi bir gıda arzı sağlayabilecekleri yönünde tüm dünyanın umutlarını artırdılar. 2014'ün sonlarında Japonya'daki Hokkaido Üniversitesi'nden Motoko Araki ve Tetsuya Ishii'nin, Reproductive Biology and Endocrinology adlı dergide doktorların yakın gelecekte insan embriyolarının genlerini değiştirmek için CRISPR/Cas9'ı kullanabileceklerine dair öngörüleri çok geçmeden hayata geçirildi.

CRISPR/Cas9 ile gen düzenleme araştırmasının hızı, başarı ve övgüleri beraberinde getirdi. MIT Technology Review CRISPR'ı "yüzyılın en büyük biyoteknoloji keşfi" olarak duyurdu ve Doudna'nın çalışmalarını ödüle layık gördü. Genellikle yeni bilimsel gelişmeleri benimsemekte yavaş olan ilaç endüstrisi bile söz konusu CRISPR olunca harekete geçmek için acele eder hale geldi. 2015'in başında, ilaç devi Novartis, Doudna'nın CRISPR teknolojisini kanser tedavileri için araştırma amaçlı kullanacağını duyurdu. Bu çalışmalarda bağışıklık hücrelerinin genlerinin kanser hücrelerine saldırıp yok edecek şekilde düzenlenmesi planlanıyor.

CRISPR'ın Keşfi

Fakat tüm bu pahalı organizasyonlar ve patent savaşlarının ortasında, CRISPR hakkındaki en önemli gerçeği görmezden gelmek çok kolay: Kimse onu icat etmedi.

Aslen bir bağışıklık sistemi olan CRISPR'ın, mikroorganizmalarca düşmanlarını tanıma ve kendilerini koruma aracı olarak kullandıkları bir araç olduğu yapılan araştırmalar ile gün yüzüne çıkarıldı. Mikroorganizma çeşitliliğine bağlı olarak CRISPR'ın da aynı şekilde geniş bir tür skalasına sahip olabileceği öngörülerek bu konudaki çalışmalara da hız verildi. Bunun sonucunda farklı türlerden organizmaların ortak şekilde bu sisteme sahip oldukları fakat Cas9 nükleaz yapısında farklılıklar olduğu saptandı. Bu çeşitlilik, akabinde hangi organizmanın sahip olduğu CRISPR'ın genom düzenlemede en güvenilir ve etkili olduğunun araştırılmasına dair yeni bir konu açtı.

Doudna'nın ekibi, DNA'yı kontrollü olarak kesebilen bir araç oluşturmak için Streptococcuspyogenes bakterisinin CRISPR-Cas sistemini seçtiler. Denemelerin sonucunda hedeflenen DNA dizisinde Cas9 aracılığıyla DNA çift zincir kesiminin gerçekleştiğini gördüler. Ardından, bir hücrenin genomuna atılan bu kesikten yararlanılarak açık alana yeni bir gen dikilebileceği farklı gruplarca gösterildi.

Bilim insanları, CRISPR'ın doğada nasıl çalıştığını daha iyi anlayabilirlerse, teknolojik yenilikler için daha fazla ham madde toplayabileceklerinin farkındalar. DNA'yı düzenlemek için yeni bir yol yaratmak için Doudna ve arkadaşları CRISPR-Cas sistemini tek bir bakteri türü Streptococcuspyogenes'den istifade etmişlerdi. Bunun bu uygulamanın en iyi sistemi olduğunu varsaymanın hiçbir nedeni yoktu. Cambridge, Massachusetts merkezli bir şirket olan Editas'ta, bilim adamları başka bir bakteri türü olan Staphylococcusaureus tarafından üretilen Cas9 enzimini araştırmaya koyuldular. Araştırmanın sonucunda DNA dizisinin hedeflenmesi ve kesilmesi bakımından bu bakteri türüne ait sistemin de aynı derecede verimli olduğunu gösterdiler. Hatta Staphylococcusaureus Cas9'unun boyutça daha küçük oluşunun hücrelere iletimde daha büyük kolaylık sağlayabileceği, dolayısıyla daha etkili bir gen düzenleme aracı olabileceğini belirttiler.

CRISPR/Cas9 sistemi kullanarak her canlıda, her dokuda, her hücre çeşidinde faklı verimlilik yüzdeleriyle olmakla beraber istediğin gen düzenlemesini (gen susturma, aktive etme, protein yapısında kontrollü değişiklik, mutasyon düzeltme vb) kolay, hızlı ve düşük maliyetle yapabilirsin. 21. yüzyılın genetik mucizesi olarak görülen bu tekniğin kanserden AIDS'e, hastalık modellemesinden bitki biyoteknolojisine, aklımıza gelebilecek her alanda ve konuda en büyük yardımcımız olacağı şimdiden aşikar. Bilinen kalıtsal hastalıkların tedavisinin yanı sıra, etik kısıtlamaların kaldırılması dahilinde embriyo çalışmalarıyla insan genomundan tamamen silinip yeryüzünden kaldırılması tahmin ettiğimizden çok daha yakın. Sahne senin. Artık hiçbir gen sana karşı koyamaz. Milyonlarca baz dizisinden oluşan bir genoma istediğin gibi hükmedebilirsin.

Bu yazı Bin Yaprak misafir yazarlarından Batuhan Mert Kalkan tarafından yazılmıştır.