CRISPR-Cas9 aslında nedir, nasıl çalışır?

Adından başlamak gerekirse, CRISPR Türkçe'ye "Düzenli aralıklarla bölünmüş palindromik tekrar kümeleri" olarak çevrilebilir. Bu kümeler, bakteri gibi prokaryot canlıların genomlarına daha önceki virüs saldırılarında kopyaladıkları yabancı DNA parçalarıdır. Hücrenin bağışıklık sisteminin bir parçası sayılabilecek bu diziler palindromiktir yani DNA'nın iki yönünde de okunduğunda aynı diziden oluşurlar. Örneğin bir zincirdeki TTCGAA dizisi, diğer zincirdeki karşılığı olan AAGCTT dizisinin tersten sıralanmış halidir.

CRISPR dizileri hücre içinde kısa rehber RNA'ların oluşturulmasında kullanılır. Rehber RNA ile birleşen Cas9 adlı enzim ise yabancı DNA'nın iki zincirini de bir makas gibi kesip yabancı DNA'yı etkisiz hale getirir. Dolayısıyla Cas9, sensörü rehber RNA olan bir kesim makinesi gibi düşünülebilir.

Gen düzenleme aracı olan CRISPR-Cas9 aslen bakterilerin, virüslerin saldırılarından korunmak için kullandığı doğal bir süreçten gelmiştir. Bu süreçte bir virüs, DNA'sını bakteri hücresinin içine geçirdiğinde bakteri bunu fark edip iki kısa RNA dizisi üretir. Bunlardan biri viral DNA ile eşleşebilen rehber RNA'dır. Rehber RNA, Cas9 ile bütünleşip hızlıca yabancı DNA'yı taramaya başlar. Eşleşebileceği yeri bulunca da DNA'ya bu noktadan bağlanır. Böylece, Cas9 bağlantı noktasını kullanarak yabancı DNA'yı nereden keseceğini anlamış olur. Kesilmiş viral DNA etkisiz hale geldiğinden bakteri kendisini korur ve kesilen parçaların bir kısmını olası diğer virüs saldırıları için saklar. Bazen küçücük bakterilerin ne kadar da akıllıca davranıyor olduğunu görmek oldukça heyecan verici bir durum.

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. 

Grafik Görseli: Business Insider

Kapak Görseli: www.newsnetwork.mayoclinic.org