CRISPR genom modifikasyonu

18. YÜZYILI TAKIBEN ARTAN BILIMSEL GELIŞMELER vebuhargücüyleçalışanmakinelerinartması,dünyamızda sanayi devrimi olarak adlandırdığımız yeni bir çağınbaşlamasınasebepoldu.Makineleringelişmesi ve bilgisayarın hayatımızın her anına daha etkin nüfuz etmesiyle

Popular Science (Turkey) - - IÇINDEKILER - Cihan Taştan*

Biyoloji ve genetik alanında, her ne kadar aynı zaman dilimi içerisinde bilimsel çalışmalar yapılsa da Biyoendüstri diye adlandırabileceğimiz bir çağın ikinci versiyonuna geçmek için 2000’li yılları beklemek zorunda kaldık. Zira canlıları daha iyi anlayabilmek ve onlardan beklentilerimizi de yönlendirebilmek için mikro dünyaya inebilmemiz ve etki etme potansiyelimizi arttırabilmemiz gerekmekteydi.

2001’de üç milyar harften oluşan insan genomu tamamıyla deşifre edildiğinde çok az insan bunun aslında başlangıç olduğunu öngörüyordu. Çünkü DNA kitabımızı okuyabilmek, kalıtımsal hastalıklarımızın altında yatan nedenleri anlamak ve tedavi edebilmek için yeterli değildi. Genom modifikasyon tekniklerinin geliştirilmesi için on yıla yakın bir zaman

daha beklememiz gerekti. Bu teknikler içerisinden hiçbiri, sağladığı hız, kolaylık ve fiyat ucuzluğu nedeniyle, CRISPR teknolojisi kadar ün yapmadı.

BIYOENDÜSTRI2.0NASILBAŞLADI?

2007 yılında Danisco yemek şirketinden bilim insanları, E. coli bakterisinde tekrarlanan DNA dizilerinin bakteriler tarafından virüs enfeksiyonlarına karşı bir savunma mekanizması olarak kullanıldığını keşfettiler. Bu dizilere, düzenli aralıklarla bölünmüş palindromik tekrar kümeleri (Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats) yani CRISPR adı verildi. Bakteriler, virüslere (bakteriyofaj) karşı, Cas9 enzimini kullanarak virüsün DNA çift zincirini hedefleyip keserek virüslerin çoğalmasını engelleyebiliyorlar. CRISPR-Cas9 mekanizmasının nasıl çalıştığının anlaşılması, araştırmacılara hedefledikleri DNA bölgelerini, ‘guide’ (rehber) RNA dizisi yardımıyla, spesifik bir şekilde modifiye edebilmelerini sağladı. 2013 yılında CRISPR genom modifikasyon teknolojisinin insan dahil birçok canlının genomunu değiştirebilmek için kullanılabileceğini anlatan ilk makalenin yayınlanmasının ardından iki bini aşkın bilimsel çalışma yayınlandı.

HAYVANLARÜZERINDEKI ÇALIŞMALAR…

Tüberküloz (TB) hastalığı, Asya ve Afrika’daki sığır çiftçileri için uzun zamandır bir sorun teşkil ediyor. Çin’deki Northwest A& F Üniversitesi’nden bilim insanları, Tüberküloza neden olan bakterilerle savaşmaya yardımcı olan bir proteinin inekler tarafından üretilmesi için sıkıştırılmış bir CRISPR-Cas9 gen düzenleme sistemi kul- landı. TB direncini sağlayan doğal direnç ilişkili makrofaj-1 proteinini (NRAMP1) kodlayangen, tekniğiyleinekembriyolarının genomuna yerleştirildi. Bu çalışmayla ineklere TB hastalığına karşı direnç kazandırılabildiği gösterildi.

Araştırmacılar ayrıca ilk defa, fareler üzerinde, kalıtımsal rahatsızlık olan kas distrofisine sebep olan genleri modifiye ederek tedavi etmeyi başardı. Diğer yandan organ nakillerinde genetiksel farklılığa dayalı doku uyuşmazlığını önlemek amacıyla domuzembriyosuüzerinde CRIS PRtekniği kullanılarak 60 gen modifiye edildi ve doku uyuşmazlığının ortadan kaldırılabildiği gösterildi. Çinli bilim insanları, CRISPR teknolojisi alanındaki liderliklerini daha kaslı ve yapılı av köpekleri geliştirdiklerini duyurarak da pekiştirdiler. Tabi bu kadar kısa sürede yapılan bu alışık olmadığımız çalışmalar etik tartışmaları da alevlendirmeye devam ettiğini söylemeden geçemeyiz.

TARIM‘DACRISPRRÜZGÂRI

CRISPR genom modifikasyonu, zararlılara karşı direncin artırılması için, 2013’ten beri buğday, pirinç, soya fasulyesi, patates, sor- gum, portakal ve domatesler dahil olmak üzere birçok bitki üzerinde de denendi. Örneğin, tahrip edici mantar hastalığı olan tozküfünedirençlibirbuğdaysoyu CRISPR tekniği ile geliştirildi. Caribou Biosciences şirketi, kuraklığa karşı düzenlenen mısır ve buğday suşları üretmek üzere CRISPR teknolojisi üzerinde çalıştıklarını belirterek geçtiğimiz yaz tarlada üretim denemelerine başladı.

ÇARESIYOKDENILENGENETIK HASTALIKLARIHACK’LEMEZAMANI!

CRISPR genom modifikasyon teknolojisi, sentetik biyoloji alanında 30 yılın en iyi gelişmesi olarak adlandırılıyor. CRISPR-Cas9 teknolojisi, DNA’yı daha hassas ve daha kolay bir şekilde düzenleyebildiği gibi, önceki gen düzenleme sistemlerine kıyasla daha az zamanda ve daha az maliyetle hastalık mutasyonlarını onarabilme veya silebilme potansiyeline de sahip. Bu sebeple, medikal terapi çalışmalarında da baş rolü kapmayı başardı. 2015 Nisan ayında insan embriyolarının genomu modifiye edilerek kalıtımsal kan hastalığı olan beta-talasemi’nin ortadan kaldırılabileceği gösterilmişti. Böylelikle toplum olarak ‘çaresi olmayan’

hastalıklar diye nitelendirdiğimiz kalıtımsal nadir hastalıklardan insanlara umut ışığı oldu.

CRISPR gen düzenleme aracının insan hücreleri üzerinde de çalışabileceğini gösteren ilk bilim insanlarından olan George Church ve Feng Zhang, bu amaç doğrultusunda Editas Medicine şirketini kurdu. Onları Intellia Therapeutics ve Bayer ilaç şirketinin bir girişimi olan CRISPR Therapeutics şirketi takip ederek bu alanda ekonomik pastadan büyük dilimleri kapmak için milyar dolara yakın yatırımlar gerçekleştirdi.

Editas şirketi 2017 yılı ilk hedefi olarak nadir ve kalıtsal bir retina rahatsızlığı olan Leber congenital amaurosis 10 (LCA10) körlük hastalığını belirledi. Plan, spesifik bir gen mutasyonunun (CEP290) neden olduğu ilerleyici körlüğün ender bir formundan mustarip insanlara CRISPR-Cas9 içeren bir adeno-virüs enjekte etmek. Bundan sonra, Cas9 enzimi, hatalı DNA dizisini saptayıp keserek, hücrenin kendi mutasyonunu onardığı doğal bir DNA tepkisinin (rekombinasyon) tetiklenmesi amaçlanıyor.

KANSERTEDAVILERINDE CRISPRDÖNEMI

Onkolojist Lu You ve ekibi, kanserli hastadan izole ettikleri kendi bağışıklık sistemi hücrelerinin genomunu CRISPR-Cas9 sistemi ile modifiye ettiler. Daha sonra, tekrar hastaya naklederek kanserli hücrelere karşı daha etkili bir saldırı gerçekleştirmeyi planlamaktalar. Kanserli hücreler, bağışıklık sistemi hücrelerini etkisizleştirebilmek için hücre yüzeylerinde PD-L1 (Programmed Death Ligand-1) molekülleri sentezlerler. PD-L1, T hücreleri üzerindeki PD-1 (Programmed Death-1) reseptörlerine bağlanarak T hücrelerini programlı ölüme zorlar. Bu aslında kanserli hücrelerin savunma mekanizması olarak da düşünülebilir. Hali hazırda kanser immunoterapi yöntemi olarak PD-1 antikorlarından oluşan ilaçlar kullanılıyor.

Ancak bu çalışmada hastadan izole edilen T hücrelerinin genomunda bulunan PD-1 geni (PDCD1) CRISPR-Cas9 sistemi ile spesifik olarak mutasyona uğratılarak etkisizleştirildi ve PD-1 üretmeyen T hücreleri tekrar hastaya nakledilerek kanserli hücrelere karşı daha etkili olması amaçlanıyor. Metastatik akciğer kanseri olan hasta üzerinde denenen terapi yöntemi şu an için klinik aşamada olmasına rağmen kanser immunoterapi alanındaki ilaçlara alternatif olarak gösteriliyor.

ARAŞTIRMACILARINÇEKINCELERI

CRISPR-Cas9 tabanlı genom düzenleme teknolojisi popüler olmasına rağmen dezavantajları da yok değil. Hedef dışı etkiler, kromatin yapısının etkisi, yakındaki genler üzerindeki yan etkiler ve mutasyon etkinliğinden oluşan sorunları ortadan kaldırmak için yoğun olarak çalışmalar gerçekleştiriliyor. Bu nedenle, insan üzerinde kullanılması uzun süredir tartışılan olan bir konu. Araştırmacılar, yeteri kadar uzun süreli çalışmalar bulunmadığından dolayı CRISPR sistemine sahip hücreleri vücudunda taşıyan insanlarda gelecek zamanlarda istenmeyen mutasyonlar oluşabilmesinden korkuyorlar.

Biyoendüstri 2.0’ın henüz başlangıcındayız. Önümüzdeki yılların genetik mühendisliğinin altın çağı olacağı şüphe götürmez bir gerçek. Sadece insan üzerindeki çalışmalar değil; besinlerin ve hayvanların verimlerini arttırabilmek için de CRISPR genom modifikasyonunun ve benzeri yöntemlerin artan oranda kullanılacağı çok açık. Bu sebeple, ülkemizin genetik alanında denetimli ve planlı bir aksiyon planı oluşturması ve kalifiye bilim insanlarımızın artırılması acil bir ihtiyaç olarak dikkat çekiyor.

Cas9 endonukleaz enziminin rehber RNA (sgRNA) ve hedef DNA ile oluşturduğu 3 boyutlu kristal yapı. Cas9 proteininin REC1 ve REC2 bölümleri rehber RNA’ya bağlanmayı sağlarken, PI bölümü rehber RNA’nın DNA ile doğru bağlanmasına yardımcı olur. RuvC nukleaz bölümü ise hedef DNA’nın kesilmesini sağlar.

CRISPR-Cas9 genom modifikasyonu tekniğinin kullanım alanları. Bu teknik, bitki ve hayvan genomunun yanı sıra kalıtımsal hasarlara sahip insanlar için gen terapi yöntemi olarak da kullanılabiliyor.

Newspapers in Turkish

Newspapers from Turkey

© PressReader. All rights reserved.